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可拉伸、半透明及耐用的超疏水柔性薄膜的制备

2020年11月29日 点击:
超疏水表面,亦称‘荷叶效应’,因其独有的性能而在自清洁、防冰防腐、生物传感和微流体等领域有着广泛的应用前景。随着近年来可穿戴设备、柔性材料及柔性光电器件的不断兴起,可拉伸可曲折的柔性功能化防污防水基底也逐渐引起了大家的关注;同时,具有更广阔的应用场景也使得对超疏水柔性基底的需求不断提升。然而,一方面,柔性超疏水表面依然面临着传统超疏水所存在的诸如耐磨损稳定性的问题;另一方面,柔性超疏水薄膜需要在不同的机械变形过程中,依然保持一定的疏水性能。疏水性、耐用性以及光学透明度等性能的提高与开发,成为超疏水柔性薄膜是否能在光电功能器件、人机互动界面等领域中进一步普及和广泛应用的关键。

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澳门大学应用物理及材料工程研究院周冰朴课题组提出了一种工艺简单,成本低,且环境友好的方法来实现具有疏水性、半透明性、耐用性以及大规模生产潜力的超疏水柔性薄膜,并对其性质进行了系统的表征。研究亦展示了该薄膜作为人机界面触摸屏的保护膜以及雨伞防水层等的潜在应用。该超疏水薄膜在砂纸打磨和正面压力的测试中也表现出优越的稳定性。譬如,在多周期的1MPa正面施压、汽车碾压及周期性砂纸打磨等处理后,均能保持相对稳定的非润湿性表面性质。而在薄膜拉伸达125%的情况下,由于其本身所特有的密集分层微纤毛阵列的存在,柔性薄膜仍具有优异的疏水性能。经过500个周期的往返拉伸测试,超疏水表面特性没有明显的退化。相对于部分已报导的柔性超疏水薄膜,该工作在制备方法及性能稳定方面均体现出了一定的优越性。
近年来,通过光刻倒模,原位生长和静电纺丝等方法制备的超疏水柔性薄膜已表现出了优越的性质,但往往需要经过繁复的微纳加工过程并具有高昂的制备成本。相较而言,这种“两步法”制备的单片5厘米 × 5厘米的超疏水薄膜成本约为0.56美元,所涉及的仪器也为实验室的常备仪器。基于此,研究者相信此项研究将会为超疏水柔性薄膜的大范围实用化生产提供思路。相关论文在线发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm. 202008574)上。