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  低表面能涂層材料因其特殊的潤濕與潤滑特性，在表面減阻防污、自清潔、防結冰方面具有重要的應用前景。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所周峰團隊使用廉價易得的雙端羥丙基硅油（HO-PDMS-OH），制備端位為乙氧基硅烷的聚硅氧烷分子，利用PDMS鏈的低表面能和高流動性，構筑有機-無機雜化的Loop型聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂層，賦予該涂層表面優異的拒液、防污、自潤滑、延時結冰/結霜、防冰、防蠟等特性。相關成果以“Self-Lubricative Organic–Inorganic Hybrid Coating with Anti-Icing and Anti-Waxing Performances by Grafting Liquid-Like Polydimethylsiloxane”為題，發表在Advanced Materials Interfaces上。

圖1. a) 有機-無機雜化涂層玻璃@硅溶膠@loop-like PDMS的制備過程，b)玻璃@硅溶膠@loop-like PDMS涂層的化學結構。

  低表面能聚二甲基硅氧烷（PDMS）賦予該涂層優異的液體排斥性及抗污性（圖2）。多數有機液體均不能潤濕玻璃@硅溶膠@loop-60000表面，呈現極小的滑動角；油性記號筆在涂層表面難以書寫、油墨不連續，并且非常輕易用紙巾能夠擦拭掉；3M膠帶在玻璃@硅溶膠@loop-60000表面的平均剝離強度為33.85 N m^-1，僅為原始玻璃表面的1/8。

圖2. a) 玻璃@硅溶膠@loop-60000表面上液滴的接觸角和滑動角隨表面張力的變化；b) 水、甲苯、咖啡、食用油在玻璃和玻璃@硅溶膠@loop-60000表面的自潔性能比較；c) 玻璃和玻璃@硅溶膠@loop-60000表面抗油墨測試；d) 3M膠帶在玻璃和玻璃@硅溶膠@loop-60000表面的剝離強度對比。

  聚二甲基硅氧烷（PDMS）的Si-O-Si鍵具有較大的鍵角（≈143°）和鏈柔順性，使玻璃@硅溶膠@loop-60000表面具有“類液體”自潤滑效果。為了證實該涂層的類液體的自潤滑特性，系列對比試驗：在空白玻璃、修飾剛性分子十八烷基三乙氧基硅烷和全氟癸基三乙氧基硅烷表面進行了受控的除冰/蠟實驗（圖3a-b）。不同試樣的除冰力曲線表明：在空白玻璃和剛性鏈表面，剪切力增加到一定程度后冰塊和蠟塊從其表面斷裂，在剪切力曲線上表現為剪切力急劇增加后消失；而玻璃@硅溶膠@loop-60000表面具有低剪切力且允許冰或石蠟在其表面保持滑動狀態。冰上摩擦系數同樣證實玻璃@硅溶膠@loop-60000表面在冰面上的摩擦系數最小（圖3c-e, ~0.017），具有優異的自潤滑效果。

圖3. a)玻璃、玻璃@硅溶膠@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@全氟癸基三乙氧基硅烷和玻璃@硅溶膠@loop-60000表面的除冰剪切力曲線；b)玻璃、玻璃@硅溶膠@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@全氟癸基三乙氧基硅烷和玻璃@硅溶膠@loop-60000表面的除冰過程示意圖；c)玻璃、玻璃@硅溶膠@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@全氟癸基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@loop-60000修飾玻璃球的光學照片；d)冰上摩擦系數測試裝置示意圖；e)玻璃、玻璃@硅溶膠@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@全氟癸基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶膠@loop-60000在冰面上的摩擦系數曲線

  論文第一作者為碩士研究生郝曉晴，通訊作者為中科院蘭化所吳楊研究員及齊魯工業大學劉欽澤教授，該工作也得到UCLA賀曦敏教授的指導和幫助。該工作得到了基金委、甘肅省及研究所等基金項目的支持。

  近期，團隊在有機-無機雜化自潤滑功能涂層取得系列進展。團隊成員將傳統潤滑劑大分子通過化學鍵錨固于光滑表面，制備“刷”狀聚硅氧烷（Prog. Org. Coat., 2021, 154, 106171）和全氟聚醚（ACS Appl. Mater. Interfaces，2021, 13, 14562）自潤滑涂層，并通過摩擦學手段證實無機中間層對涂層耐磨性能的提升（Langmuir,2022, 38, 2832-2839.）。將傳統ATRP引發劑引入到無機中間層中，發展了一種Persistent Initiation Coating（PIC）材料，克服傳統引發劑層特定基材選擇性、制備工藝復雜、耐磨性差、不可重復引發等缺點，實現各種基材大面積涂覆與功能化（Angew. Chem. Inter. Edit. 2022, e202204410）；制備聚硅氧烷-陽離子兩親性自潤滑涂層，實現涂層表面多重功能的環境適應性（ACS Appl. Mater. Interfaces,2022, 14, 18901-18909）等。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admi.202200160