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  鎵基液態金屬（GLM）因其良好的導電性、導熱性、流動性和生物相容性，在柔性電路、靶向藥物治療和流體潤滑等領域具有廣泛的應用前景。然而， GLM液滴具有極大的表面張力（如Ga₇₅In，624 mN m^–1），難以進行加工處理，且表面容易被氧化而黏附在金屬表面并造成腐蝕。因此，研究人員通常需要將 GLM進行納米化，然而納米化GLM液滴極其容易變形和團聚，嚴重影響著GLM液滴的存儲和功能化。因此如何得到穩定且具有良好功能化的GLM納米液滴及其復合材料是研究人員的熱點方向。

  近日，西北工業大學先進潤滑與密封材料研究中心劉維民院士團隊通過聚多巴胺的表面修飾和邁克爾加成反應，獲得了一種功能化的GLM納米液滴，并將其應用于防污涂層的研究。研究人員首先將GLM液滴加入到鹽酸多巴胺溶液中，超聲過程中原位得到聚多巴胺修飾的液態金屬（PDA-GLM）納米液滴。由于修飾的PDA層具有豐富的活性基團，可以與含-NH₂的兩性離子聚合物（PEIS）發生邁克爾加成反應，得到兩性離子聚合物修飾的液態金屬納米液滴（PEIS-GLM）。

  隨后，研究人員將PEIS-GLM納米液滴以填料的形式加入PDMS涂層中。由于PEIS修飾層的存在，GLM納米液滴可以均勻地分散在PDMS中。由于液態金屬的鎵離子和兩性離子聚合物PEIS協同殺菌的作用，及兩性離子聚合物PEIS的水合性能賦予液態金屬涂層的良好抗菌及防污效果（抑制90%以上的細菌黏附及70%以上的藻類黏附）。由于外力作用下暴露的液態金屬能夠誘導PDMS中未反應的乙烯基單體活化，從而發生進一步交聯反應，故當液態金屬基于的復合涂層受到外力作用破損后，其表面具有自修復愈合效果，可以有效地防止基底表面的腐蝕。

圖1. PEIS-GLM納米液滴和PEIS-GLM@PDMS防污涂層的制備示意圖

圖2. (a) 金黃色葡萄球菌（S. aureus）和 (b) 大腸桿菌（E. coli ）在不同涂層表面附著的熒光顯微鏡照片；（c）S. aureus 和（d）E. coli 在不同表面附著密度的統計結果；（e）杜氏藻（Dunaliella）和（f）紫球藻（Porphyridium）在不同表面附著密度的統計結果

圖3. Q235鋼表面受損涂層的腐蝕試驗

  聚多巴胺的表面修飾結合邁克爾加成反應可作為一種通用的表面改性方法，其功能化液態金屬GLM納米液滴具有廣泛的應用前景。研究人員還通過此表面改性方法獲得到了DDP (二烷基二硫代磷酸酯)功能化的GLM納米液滴（DDP@GLM）。由于DDP的修飾有助于提高GLM納米液滴在基礎潤滑油PAO中的分散性。因此其作為基礎油添加劑，可以顯著降低摩擦副表面的摩擦系數和磨損體積。

圖4. DDP@GLM納米液滴的制備示意圖及相應的減摩抗磨機理

  以上研究成果分別發表在Chemical Engineering Journal （Chem. Eng. J. 2022，427，131019）和ACS Applied Nano Materials（ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 10, 10115-10122）。論文的第一作者為西北工業大學材料學院博士生何寶羅，通訊作者為葉謙副教授和劉淑娟研究員。

  論文鏈接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721026012

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c02092