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  超疏水表面在自然界中廣泛存在，如荷葉、水稻葉子、水黽的腳以及蛾子的眼睛等。此類超疏水表面通常由微納層級(jí)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，其表面的水接觸角大于150°且滾動(dòng)角小于10°。近年，由于在防水、自清潔、防污、抗結(jié)冰、防腐蝕以及防止細(xì)菌生長(zhǎng)等諸多領(lǐng)域的巨大應(yīng)用前景，超疏水表面受到人們的廣泛關(guān)注和熱點(diǎn)研究。研究者通過模仿自然界中超疏水材料表面的微納層級(jí)結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)了諸多性能優(yōu)異的人工超疏水表面。然而，上述精密的微納層級(jí)結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷機(jī)械變形后極易破損，因此，如何提高超疏水表面對(duì)機(jī)械變形的耐受性是目前該領(lǐng)域的難點(diǎn)之一。另一方面，通過降低材料表面的自由能也可實(shí)現(xiàn)超疏水性。在此前的研究中，氟化處理經(jīng)常被用于降低材料表面的自由能。然而，氟化處理對(duì)生態(tài)、環(huán)境以及人類健康存在一定危害。因此，研發(fā)無需氟化處理的超疏水表面成為該領(lǐng)域的迫切需求。尤其是隨著柔性電子技術(shù)和可穿戴設(shè)備的發(fā)展，構(gòu)建具有高度機(jī)械變形耐受性的環(huán)保型超疏水表面具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

  近期，杭州電子科技大學(xué)盧晨曦、李領(lǐng)偉課題組基于前期對(duì)柔性膜基系統(tǒng)表面微結(jié)構(gòu)調(diào)控的研究（Mater. Design 2020, 193: 108857; Adv. Mater. Interfaces 2020, 1902188; Phys. Rev. E 2020, 102: 022801），設(shè)計(jì)了一種具有機(jī)械變形耐受性和高效自清潔性能的無氟超疏水柔性膜基系統(tǒng)。該系統(tǒng)以具有強(qiáng)界面黏附力、機(jī)械柔韌性、環(huán)境友好且生物兼容性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）為柔性襯底，在其表面通過磁控濺射方法沉積環(huán)境友好且生物兼容的疏水性鋅（Zn）納米薄膜。利用Zn和PDMS的熱膨脹系數(shù)差異，可在Zn/PDMS柔性膜基系統(tǒng)表面構(gòu)造人字形的褶皺結(jié)構(gòu)（圖1a），其具有豐富且穩(wěn)定的微納層級(jí)結(jié)構(gòu)，可極大地增加材料表面的粗糙度以提供大量“空氣口袋”（圖1b），從而獲得優(yōu)異的超疏水性（水接觸角約為170°，滾動(dòng)角約為0°）。由于Zn/PDMS柔性膜基系統(tǒng)表面極低的滾動(dòng)角以及超弱的粘附性（圖1c），其表面獲得高效的自清潔性能（圖2）。此外，該Zn/PDMS柔性膜基系統(tǒng)在經(jīng)歷高度機(jī)械變形（拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)）后仍可保持優(yōu)異的超疏水性，如圖1d-f所示。

圖1 Zn/PDMS超疏水柔性膜基系統(tǒng)的三維AFM表面形貌圖(a)、潤(rùn)濕機(jī)制示意圖(b)、超弱黏附性(c)、拉伸耐受性(d)、彎曲耐受性(e)以及扭轉(zhuǎn)耐受性(f)。

圖2 Zn/PDMS超疏水柔性膜基系統(tǒng)的低傾角（~7.5°）自清潔表現(xiàn)：(a)食鹽；(b)糖粒；(c)沙粒；(d)粉筆灰。

  該工作以“Non-Fluorinated Flexible Superhydrophobic Surface with Excellent Mechanical Durability and Self-Cleaning Performance”為題發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces 2022, 14: 4750-4758。該工作的第一作者為杭州電子科技大學(xué)盧晨曦博士，通訊作者為杭州電子科技大學(xué)李領(lǐng)偉教授。課題組碩士生高源、王昕博士與余森江副教授以及中國(guó)計(jì)量大學(xué)周紅實(shí)驗(yàn)師為論文共同作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金，浙江省萬(wàn)人計(jì)劃和浙江省屬高校基本科研等項(xiàng)目的支持。

  原文鏈接：C. Lu, Y. Gao, S. Yu, H. Zhou, X. Wang, L. Li, Non-Fluorinated Flexible Superhydrophobic Surface with Excellent Mechanical Durability and Self-Cleaning Performance, ACS Appl. Mater. Interfaces 14 (2022) 4750-4758.

  https://doi.org/10.1021/acsami.1c21840