Nature：纳米金字塔超疏水界面

纳米技术

2020-06-08

超疏水材料界面上的自清洁、干燥、避免生物污染作用在生物科技、药物、传热等领域中有重要应用前景，在超疏水界面上的水滴需要保持较大的接触角（＞150°），较低的滚落角（＜10°）这种超疏水表面能通过降低表面能、降低材料界面上纳米级别的粗糙度得到，进而抑制液体和固体界面之间的接触。但是，在界面上仅仅有较小的部分和液体接触，并因此导致该部分产生较大的压力和机械力负载，导致超疏水界面容易发生破碎且极易磨损。此外，通过磨损，疏水界面会转变为亲水界面，并且发生“水滴钉扎”现象。电子科技大学邓旭、阿尔托大学理学院Robin H. A. Ras等展示了通过构建高低不平的纳米界面，并负载超疏水氟化硅烷材料，实现了非常好的超疏水界面，这种微结构能够保护超疏水界面作用免于因磨损而损坏，起到了一种保护性的“铠甲”作用。

本文要点：

（1）

“铠甲”界面制备。通过光刻方法在硅衬底/陶瓷/金属/玻璃上制备接触角α=125°的金字塔结构。随后在上面包覆超疏水层（氟化硅烷）材料层。作者通过刀片对负载超疏水层材料进行磨损实验，这种材料界面展示了较好的抗压性和抗剪切力。特别是当金字塔顶部被部分磨损，并因此产生的由疏水性转变为亲水性的界面，疏水纳米结构仍然能够通过Laplase pressure过程抑制和水之间的接触作用，并生成一种Cassie–Baxter平衡态。因此在金字塔受到部分磨损后，仍然保持了非常好的防水作用。作者通过这种方法在太阳能电池上构建了自清洁的防水层，实验中能够保持太阳能电池的效率，同时免于传统的清洁电池表面需要的人力和物力。作者认为这种具有纳米结构的超疏水界面在生活中有大量的应用场景。

参考文献

Dehui Wang, Qiangqiang Sun, Matti J. Hokkanen, Chenglin Zhang, Fan-Yen Lin, Qiang Liu, Shun-Peng Zhu, Tianfeng Zhou, Qing Chang, Bo He, Quan Zhou, Longquan Chen, Zuankai Wang, Robin H. A. Ras* & Xu Deng*

Design of robust superhydrophobic surfaces, Nature 2020

DOI：10.1038/s41586-020-2331-8

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2331-8

作者介绍：

邓旭教授，德国马普高分子研究所博士毕业，美国加州大学伯克利分校/美国劳伦斯伯克利国家实验室博士后研究员，现任电子科技大学基础与前沿研究院教授，博导。主要从事材料表面、物理化学、仿生材料等相关研究。德国马普中德界面材料联合实验室主任。