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SLIPS超滑技术还好使吗?

2020年08月21日 点击:

含液光滑表面(Slippery liquid-infused surface)是近年兴起的一类仿生界面,其由美国哈佛大学的Aizenberg教授等人在2011年以“slippery liquid-infused porous surface”(SLIPS)为概念提出。在这类界面中,液态润滑剂被具有高比表面积的多孔结构或聚合物网络基底固定在表面上。从宏观上看,液体分子被固化,具有类似固体的形状,不会脱离界面;而从微观上看,被固定的液体分子依然保持一定的流动性,能自发形成完美光滑界面,提供优异的透光性、极低的摩擦系数和良好的阻隔效果,起到润滑和防护的作用。含液光滑表面主要用于减阻、抗污、自清洁等目的。


  相对于具有类似功能的界面材料,如超疏水、超双疏涂层,其具有一些特殊的性质,比如(1)抗高压:相对超疏水中的空气而言,液态润滑剂的不可压缩使得含液光滑表面能承受极高的压力(>600个大气压);(2)适应于潮湿和水下环境:在传统的超疏水表面,水汽的冷凝或者水下气体分子的脱离往往会使其性能大幅下降,而在含液光滑表面,润滑剂分子与基底的结合力强于水分子,不会被其取代。因此,这类“超滑”界面被认为在海洋抗污、体内抗菌、抗冰抗雾等领域最有前景的涂层材料之一。近年,各种各样的含液光滑表面材料涌现,使得这一方向成为界面科学的新宠之一。


  目前,这类超滑涂层材料看起来如此美好:几乎能抗一切普通污渍。然而,最近,电子科技大学崔家喜教授(原Aizenberg教授的博士后)给泼了一大瓢冷水。崔家喜教授本人及其团队一直从事含液超滑涂层的研究和技术开发(Nat. Mater., 2015, 14, 790; Angew. Chem. 2016, 55, 10861; Macromol Rapid Commun 2017, 38, doi: 10.1002/marc.201700206; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 35483; Adv. Mater. 2018, 30, 1802141; Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1701536; Adv. Mater. Interfaces 2019, 1901028; Adv. Mate. Interfaces 2019, 6, 1900653)。最近他们发现,在多巴胺水溶液中,所有典型的超滑含液涂层材料均失效(图1)。多巴胺聚合物沉积在各种含液涂层上,大大降低涂层的水接触角。经研究,他们提出,在多巴胺复杂的聚合反应过程中所产生的活性中间体能与含液涂层中的润滑剂反应,改变聚多巴胺颗粒的表面性能,使得它们可以穿过润滑剂层,到达涂料基材上。这些到达的颗粒还含有活性中间体,让它们可以锚定在基底上形成粘附的成核点,最终导致超滑含液涂层材料的失效。这一结果还和今年日本科学家Hozumi等人所报道的结果相悖。虽然两个团队所用的体系和条件有所区别,但反面的例子也敲了一声警钟:超滑含液涂层材料,它还香吗?


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图1.不同含液超滑涂层材料在多巴胺水溶液浸泡前后的水接触角度


  当然,多巴胺的粘附也不见得是坏事,正如文中所提到,什么都不粘附的超滑含液涂层材料往往很难附着在现有基底上,目前所发现的粘附现象,也许提供了一种有效的涂布超滑含液涂层材料的思路和方法。该工作以“When Ultimate Adhesive Mechanism Meets Ultimate Anti-Fouling Surfaces―Polydopamine Vs SLIPS: Which One Prevails?”为题发表在Adv. Mater. Interfaces上。


   原文链接:https://doi.org/10.1002/admi.202000876