賀軍輝團隊高性能減反拒液涂層研究取得新進展

　　全疏拒液表面在日常防污、能源環境、電子設備、住房建筑、無損運輸等方面都有望發揮至關重要的作用。此外，隨著能源裝備、探測器件和顯示技術的進步和發展，人們對光收集效率、探測靈敏度及視覺享受的追求越來越高，這對以玻璃、聚合物薄膜等透明材料為基底的拒液涂層的光學性能也提出了更高的要求。因此，開發具有高透過率和優異耐久性的多功能全疏拒液涂層成為了基礎研究和實際應用的一大熱點。

　　到目前為止，盡管已經發展出許多種類的拒液表面，如超疏水表面、潤滑劑注入多孔基質的光滑表面和接枝柔性聚合物的類液體表面等，但如下問題仍嚴重限制了它們的實際應用：(1) 大多數超疏水表面的研究都集中于復雜表面微納結構的設計以提升其光學或拒液性能，然而由于表面粗糙度的固有矛盾，制備具有高透射率和低霧度的超疏水表面一直面臨巨大挑戰；(2) 為避免引入粗糙的表面結構，接枝柔性聚合物的類液表面被認為是取代超疏水表面的理想候選者。但目前基于這種表面的報道主要聚焦于分子設計，通過調控聚合物的構象、遷移率以及交聯密度等方式來優化表面的某一特性 (如機械強度、拒液性能和界面滑移等)，而很少涉及與其他材料集成以實現多功能化；(3) 確保涂層的長期穩定性和耐久性一直以來都是困擾拒液表面領域的一大關鍵問題。更重要的是，表面的光學性能、拒液性能、耐久性以及其它多功能性 (如防污、防冰和防腐蝕) 的設計要求似乎總是相互排斥的。因此，開發一種能夠同時解決上述問題且綜合性能優異的表面極具挑戰性。

　　針對上述問題，中國科學院理化所微納中心賀軍輝研究員團隊提出了一種三元協同的新策略，即通過中空氧化硅納米顆粒 (HSNs) 、全氟聚醚 (PFPE) 聚合物刷以及共價粘合劑硅酸四乙酯 (TEOS) 之間的協同作用，實現了兼具高透光率、優異全疏性以及出色耐久性的類液氧化硅復合涂層的制備。與僅專注于納米結構設計或分子設計的傳統單一策略不同，該工作提出將兩者結合在一起以克服透明性與拒液性能之間長期存在的矛盾要求。在結構設計上，利用納米尺度、閉孔結構的HSNs提供減反性能；在分子設計上，采用高遷移率的PFPE以賦予表面類液全疏特性。此外，為促使上述各個功能單元的有效集成，還引入TEOS作為橋聯分子將HSNs與PFPE共價結合起來，以形成綜合性能優異的致密復合涂層。值得一提的是，得益于外層PFPE的潤滑屏蔽，復合涂層能夠承受一系列嚴苛的測試 (如25萬次的機械磨損、1000次的膠帶剝離和極端pH溶液的浸泡等)，解決了傳統拒液涂層在機械性能和性能穩定性方面的長期應用瓶頸問題。此外，該類液復合涂層還具有多種極具吸引力且實用的功能 (如防污、抗冰和防腐蝕等)，進一步拓寬了減反拒液涂層的應用范圍。這項工作結合納米結構設計和分子設計，提出了一種新的三元協同策略，并為太陽能電池、電子設備、汽車、飛機、船舶和建筑等多樣化應用的多功能涂層開辟了一條新的可行路徑。相關成果以Rational Design of Highly Comprehensive Liquid-Like Coatings with Enhanced Transparency,Concerted Multi-Function,and Excellent Durability: A Ternary Cooperative Strategy為題發表在Advanced Materials上，該論文第一作者為理化所博士研究生蘇煬，通訊作者為賀軍輝研究員。