中科院理化所王树涛团队 Adv. Mater. ：仿生二元协同“粘滑皮肤”用于水下防污/防粘

2022-02-22 来源：高分子科技

具有优异防污性能的水下超疏油表面在海洋设施防护，环境保护等领域具有重要的意义和广阔的应用前景。近些年来，科学家们从鱼皮、荷叶、蛤蜊壳、海藻等中受到启发，通过结合微/纳复合结构和亲水组成，制备出了很多稳定的水下超疏油材料。然而，复杂的制备过程以及与基底间的弱结合力严重限制了这些材料在实际生活中的应用。

图1 仿青苔“粘滑皮肤”的设计，制备与性能表征

近期，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心王树涛教授团队受青苔启发，利用二元协同的设计概念，通过一步浸润诱导转移(wetting-enabled-transfer, WET)制备得到了一侧粘，一侧滑的仿青苔“粘滑皮肤”（图1a, b）。这种新型“粘滑皮肤”由分层的油水凝胶组成，它的粘层（油凝胶层）可以不依赖于任何的表面预处理或引入有机溶剂，直接粘附在不同的基底，如金属、聚合物和无机非金属表面；它的滑层（水凝胶层）具有稳定的防油污性能，表现出优异的pH稳定性和耐刮挠性能和耐久性。另外，得益于其本体的油水凝胶结构，这种“粘滑皮肤”还具有很好的抗溶胀和抗弯曲性能，可以防止在粘附过程中由于过度溶胀和形变应力导致的脱落。除了低粘度油，“粘滑皮肤”还可以防止高粘度原油以及常见粘性物质，如双面胶的粘附，有望为日常生活和实验操作提供极大的便利（图2）。这种集制备简便性、基底普适性、抗溶胀/抗弯曲性、酸碱耐受性、即贴即用、形状易调、表面化学组成易调和耐久性于一体的新型“粘滑皮肤”在防污领域具有广阔的应用前景（图3）。该工作以“WET-induced Layered Organohydrogel as Bioinspired “Sticky-Slippy Skin” for Robust Underwater Oil-Repellency”为题发表在《Advanced Materials》上（Adv. Mater. 2022, 2110408）。文章的第一作者是中国科学院理化技术研究所博士后万茜子。该研究得到国家自然科学基金委的支持。

图2 仿青苔“粘滑皮肤”的防污与防粘性能演示

图3 “粘滑皮肤”的综合性能表征。(a) 抗溶胀性能；(b) 抗弯曲性能；(c) pH稳定性；(d) 即贴即用，形状易调性；(e) 耐久性；(f) 表面化学基团可调性。

该工作是团队近期关于调控凝胶表界面性质相关研究的最新进展之一。不同于对金属、半导体、无机/有机等固体材料的表面性质调控，对具有高流动性的液体和高含水量的凝胶材料的表面改性显得尤为困难。为此团队在前期发展了“WET”策略，利用固/液界面的亲/疏水相互作用分别锚定亲水单体和亲油单体，成功实现了油水凝胶的高精度表面图案化（Adv. Mater. 2021, 33, 2008557）。此工作在前期工作的基础上，通过改变化学组成，调控聚合条件，与商用粘合剂复合等方法，制备了这种即贴即用的“粘滑皮肤”，解决了传统水下超疏油表面与基底间结合力弱的难题。通过选用不同的功能分子和界面相互作用，WET策略有望为设计多功能界面材料提供新的思路。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110408

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（责任编辑：xu）

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