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  超疏水基底因其獨(dú)有的特性而在自清潔、防冰、生物傳感和微流體等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，隨著可穿戴設(shè)備、柔性材料及電子器件的不斷興起，對(duì)超疏水功能化柔性基底的需求亦不斷提升。一方面，柔性超疏水表面依然面臨著傳統(tǒng)超疏水所存在的諸如耐磨損穩(wěn)定性的問(wèn)題；另一方面，柔性超疏水薄膜需要在不同的機(jī)械變形過(guò)程中，保持一定的疏水性能；同時(shí)，如能保留光學(xué)透明度，對(duì)拓寬超疏水柔性薄膜在不同場(chǎng)景的實(shí)際應(yīng)用亦具有重要的意義。

  基于此，課題組提出了一種工藝簡(jiǎn)單，低成本，環(huán)境友好的方法來(lái)制備具有疏水性、半透明性、耐用性以及大規(guī)模生產(chǎn)潛力的超疏水薄膜。首先，通過(guò)靜磁場(chǎng)的施加，使混合有羰基鐵粉(CIP)的聚二甲基硅氧烷(PDMS)沿磁感線方向聚集排布，在重力、磁力和表面張力的共同作用下形成微米級(jí)纖毛結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步通過(guò)簡(jiǎn)單的溶脹過(guò)程，將二氧化硅納米顆粒修飾于柔軟的微纖毛陣列，使其成為具有低表面能的分層結(jié)構(gòu)。這種簡(jiǎn)易制備方法可使薄膜獲得170°的接觸角以及2°的滾動(dòng)角，且對(duì)于較大初始動(dòng)能的液滴撞擊或注射水柱亦具有反彈能力。同時(shí)，該方法使得納米顆粒和微纖毛陣列之間具有緊密的相互作用，從而使柔性超疏水薄膜具有對(duì)多種穩(wěn)定性測(cè)試的耐受性；另外，因微纖毛部分聚集了大部分的CIP顆粒，樣品呈現(xiàn)出較好的光學(xué)透明性，從而在光電器件等方面具有廣泛的應(yīng)用潛能。

圖1. a）柔性超疏水膜的制造示意圖。b）柔性超疏水薄膜的樣品圖。c）薄膜浸沒在水中的鏡面效應(yīng)。d）柔性超疏水薄膜貼合于細(xì)圓柱和六邊形柱面上的圖像。e）柔性超疏水薄膜貼合在志愿者的手部，在拉伸和彎曲時(shí)保持著超疏水性。f）不同CIP比例的薄膜透光性對(duì)比。g）超疏水薄膜的表面微觀結(jié)構(gòu)SEM圖片。h）液滴掉落于超疏水薄膜及反彈的過(guò)程展示。

  另外，通過(guò)對(duì)摻雜的磁性顆粒質(zhì)量比、溶脹時(shí)間等參數(shù)的調(diào)控，該工作系統(tǒng)地研究了超疏水薄膜的柔性和耐久性，并對(duì)超疏水薄膜經(jīng)過(guò)有機(jī)污染物、化學(xué)腐蝕、大功率超聲處理及各種機(jī)械變形條件下的超疏水性能維持能力進(jìn)行了表征。該薄膜在砂紙打磨和正面壓力的測(cè)試中也表現(xiàn)出優(yōu)越的穩(wěn)定性。在多周期的1MPa正面施壓、汽車碾壓及周期性砂紙打磨等處理后，均能保持相對(duì)穩(wěn)定的非潤(rùn)濕性表面性質(zhì)。而在薄膜拉伸達(dá)125％的情況下，由于其本身所特有的密集分層微纖毛陣列的存在，柔性薄膜仍具有163°的接觸角和8°的滾動(dòng)角。經(jīng)過(guò)500個(gè)周期的往返拉伸測(cè)試，超疏水表面特性沒有明顯的退化。相對(duì)于部分已報(bào)導(dǎo)的柔性超疏水薄膜，該工作在制備方法及性能穩(wěn)定方面均表現(xiàn)出了一定的優(yōu)越性。

圖2. a）具處于不同拉伸程度（0% ~ 120%）的超疏水薄膜樣品圖。b）在線性拉伸時(shí)，薄膜保持超疏水性的示意圖。c）在300W超聲功率下薄膜的接觸角及滾動(dòng)角的變化趨勢(shì)。d）經(jīng)韋伯?dāng)?shù)為4050，流速為6.5m/s的水流沖擊后，薄膜仍然保持超疏水性。e）周期性砂紙的機(jī)械磨損和表面形貌的示意圖，以及在不同壓強(qiáng)的磨損下接觸角和滾動(dòng)角的變化。f）在汽車車輪碾壓（~1250kg）后，薄膜依然保持超疏水性能。

  基于所表現(xiàn)出的良好憎水性、柔性、穩(wěn)定性和光學(xué)透明性質(zhì)，文章亦展示了該薄膜作為人機(jī)界面觸摸屏的保護(hù)膜以及雨傘的防水層等應(yīng)用潛能。一片5厘米×5厘米的超疏水薄膜成本估算僅為約0.56美元，且無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的微納加工過(guò)程，表明了該薄膜具有大范圍實(shí)用化生產(chǎn)的價(jià)值及潛力。

圖3. a）樣品作為電子產(chǎn)品觸摸屏保護(hù)膜的多種操作示意圖，且操作后的樣品依然保持超疏水性。b）柔性薄膜緊貼于傘的外部且在連續(xù)水流沖擊后仍然保持超疏水性。

  該研究得到了澳門科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金、澳門大學(xué)、重慶大學(xué)新型微納米器件與系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的支持。相關(guān)成果發(fā)表于Advanced Functional Materials。文章的第一作者為澳門大學(xué)應(yīng)用物理及材料工程研究院博士生戴子憶，共同第一作者為澳門大學(xué)應(yīng)用物理與材料工程研究院博士生陳戈。通訊作者為周冰樸助理教授和廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院林璟教授，重慶大學(xué)的徐溢教授和李順波教授，及課題組博士生丁森亦為工作做出了重要貢獻(xiàn)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202008574