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  我們?cè)谫澝郎徎ā俺鲇倌喽蝗尽边@一特性時(shí)候，應(yīng)該也會(huì)注意到與之襯托的荷葉是潔凈而防水的。這是由于荷葉表面具有納米尺度的粗糙形貌以及疏水的蠟質(zhì)表層；這種特殊的結(jié)構(gòu)使得在水滴和荷葉表面之間有很多微米尺度的空氣泡駐留，水滴不僅無(wú)法將表面潤(rùn)濕，而且會(huì)收縮成圓球極易滑落。像荷葉這樣完全防水的表面性質(zhì)就是所謂的“超疏水特性”。具有超疏水性質(zhì)的涂層材料的應(yīng)用場(chǎng)景很多，包括衣服自潔凈、建筑外墻防水、玻璃防霧等，因此其市場(chǎng)規(guī)模及潛力具大。然而目前市場(chǎng)上銷售的（超）疏水涂層產(chǎn)品有如下缺點(diǎn)：1. 疏水性偏低，耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性差；2. 原材料一般含氟，生產(chǎn)及應(yīng)用都會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響；3.生產(chǎn)成本高，大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用不現(xiàn)實(shí)。而在科研方面，每年都有很多的超疏水的涂層材料見(jiàn)諸報(bào)導(dǎo)，并且絕大多數(shù)涂層都被宣稱其疏水性能非常優(yōu)異。但由于制備工藝復(fù)雜，適用范圍較小，使用操作麻煩等原因，絕大多數(shù)科研成果在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)存在一系列難以克服的問(wèn)題，最終不能轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品。這也導(dǎo)致目前市場(chǎng)上可選擇的超疏水涂層非常之少。

  針對(duì)目前超疏水涂層存在的問(wèn)題，加拿大Simon Fraser大學(xué)于化忠教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種全新的超疏水涂層的制備技術(shù)。該涂層基于化學(xué)計(jì)量學(xué)控制的有機(jī)硅化合物的水解和聚合反應(yīng)，直接形成具有較小的表面張力的、多級(jí)結(jié)構(gòu)的微納米顆粒（圖1）。

圖1：利用化學(xué)計(jì)量學(xué)控制有機(jī)硅烷的水解和聚合反應(yīng)制作超疏水涂層�；诪樘幚磉^(guò)表征載玻片。

  相比較目前商用及其他科研報(bào)導(dǎo)的超疏水涂層，本材料的制作和性質(zhì)具有以下特點(diǎn)：

• 1. 超簡(jiǎn)化制備：本涂層采用工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)的有機(jī)硅化合物作為原料，在常溫常壓下普通機(jī)械攪拌即可完成，并且反應(yīng)本身高效、可控。

• 2. 超穩(wěn)定性能：使用本涂層的玻璃基片在實(shí)驗(yàn)室條件下經(jīng)過(guò)沙礫沖擊、自來(lái)水沖洗、長(zhǎng)時(shí)間浸泡、砂紙研磨等處理后仍具有超疏水性；木板噴涂后放置于普通環(huán)境中，實(shí)測(cè)超疏水性能可保持一年以上。

• 3. 超自潔凈作用：水滴在表面成圓球狀，在材料微微傾斜的情況下迅速滑落，并輕易帶走表面灰塵。

• 4. 超廣譜適用：本涂層已經(jīng)在木材、玻璃、棉布、濾紙、鋁片、塑料等材質(zhì)表面測(cè)試，可采用最方便的浸泡或者噴涂的方法處理材料表面 （圖2）。

圖2. 在不同基底表面形成超疏水涂層及表征。

  于化忠教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期關(guān)注傳統(tǒng)硅烷化反應(yīng)在表面化學(xué)和生物芯片方面的應(yīng)用。前期的工作包括通過(guò)混合長(zhǎng)鏈和短鏈硅烷與普通實(shí)驗(yàn)室用濾紙進(jìn)行反應(yīng)，制成超疏水、可修飾的芯片基底。和太原理工大學(xué)李曉春教授團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)光刻的方法，簡(jiǎn)易制作點(diǎn)陣式紙基芯片用于環(huán)境樣品的酸堿度和污染物的定量檢測(cè)(圖3)。在此基礎(chǔ)上，于化忠教授的研究團(tuán)隊(duì)將上述方法也用于修飾玻璃纖維濾紙，以制作沒(méi)有熒光背景的超疏水基底，用于制備更為廣泛使用的熒光掃描為檢測(cè)手段的芯片和器件。

圖3. 混和硅烷反應(yīng)制作超疏水濾紙及表征。

  以上相關(guān)成果分別發(fā)表在Nature Communications (Nat. Commun. 2021, 12, 982) 和 ACS Applied Materials and Interfaces (ACS Appl. Mater. Interfaces2017, 9, 39728; 2020, 12, 7665)上。論文的第一作者為Simon Fraser大學(xué)化學(xué)系博士生張立身，目前在加拿大女王大學(xué)進(jìn)行博士后研究工作。通訊作者為于化忠教授，第二篇文章的共同通訊作者為太原理工大學(xué)的李曉春教授。

  論文鏈接：

  https://www.nature.com/articles/s41467-021-21219-y

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b08957

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b17432