史上*耐磨超疏水涂层

日期：2025-05-01 00:31

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摘要：史上*耐磨超疏水涂层

史上*耐磨超疏水涂层

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上海卷柔新技术光电有限公司是一家专业研发生产光学仪器及其零配件的高科技企业，公司2005年成立在上海闵行零号湾创业园区，专业的光电镀膜公司，技术背景依托中国科学院，卷柔产品主要涉及光学仪器及其零配件的研发和加工；光学透镜、反射镜、棱镜，平板显示，安防监控等光学镀膜产品的开发和生产，为全球客户提供上等的产品和服务。

设计一种同时具有长效性、多相排斥性的超疏水涂层似乎是相互排斥的。首先，粗糙的微结构能够贮存空气垫，有利于排斥液体，但容易遭受高的局部应力破坏，且导致气体渗透和固体钉扎。其次，降低涂层的表面能可以减弱多相物质的吸附倾向，相反地会减少涂层内的化学键合，即牺牲涂层的内聚力和附着力。保持涂层功能性的同时提高其寿命一直是超疏水涂层领域的重大挑战之一。

近期，东南大学材料学院张友法团队与香港理工大学王钻开教授、电子科技大学邓旭教授、上海交通大学李万博副教授合作，提出一种单元胞策略，可以解决上述超疏水涂层矛盾性问题。该单元胞由硬质多孔硅藻土微壳和可释放的纳米种子组成，具有独特的物化性质。通过半改性微壳和完全改性纳米种子赋予单元胞非均匀化学性质，使其兼具可化学键合性和超疏水性；将这些单元胞分散在不同树脂中，即可以起到机械强化和化学键合的作用，同时提高涂层的超疏水性和力学性能（图1）。

图1. 单元胞涂层示意图

该单元胞涂层可以承受超过1000次Taber磨损（1 kg载荷），而传统涂层在磨损数十次后即被磨穿，耐磨性提高了30-100倍（图2a-c）。同时，该涂层能承受超过48 s高速水流冲击（We~44444），耐冲击性较传统涂层提高了120倍（图2d-e）。此外，该涂层还可以抵抗各种苛刻的损伤，包括不同的机械磨损和冲击、反复的踩踏、胶带剥离、高静水压力浸泡、化学腐蚀、热处理和老化试验等，显示出优异的耐久性（图2f）。

图2. 单元胞涂层的超耐磨性

较为有趣的是，该涂层可以同时防止高粘相和固相混凝土的黏附（视频1）：1.对于固相混凝土，将混凝土砂浆浇筑在一半有涂层和一半裸露的马口铁样板上，固化后，单元胞涂层表面的混凝土在重力作用下即轻易整块脱落，粘附力低至0.1 kPa以下，而在基底表面的混凝土牢牢黏附，难以**。2.将尺寸仅数微米的混凝土浆料在涂层表面反复压缩后，浆料依旧无法刺穿涂层结构，在6°倾斜角度下即轻易滚落。3.单元胞涂层经过连续的钢丝球磨损（~7.6 N）、砂纸磨损（~6.6 N）、螺丝刀刮擦（~4.8 N）和压力（~4 kPa，~20min）后，混凝土浆料也可以轻易滚落，毫无残留。

视频1. 单元胞涂层排斥混凝土

该工作以“Ultra-durable superhydrophobic cellular coatings”为题发表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 2023, 14, 5953）。文章**作者是东南大学顾万诚博士和上海交通大学李万博副教授。

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