全氟凝膠由于其特殊的表面性能（超低表面能、超疏水性），開始受到相關領域研究人員的關注。然而，由于全氟聚合物具有化學穩定性和難以溶劑化的特性，目前尚無簡單有效的方法可用于制備兼具優異機械性能和特殊表面性能的超分子全氟凝膠。近日，電子科技大學崔家喜教授團隊報道了一種利用多孔聚四氟乙烯（pPTFE）的纖維網絡固定各種全氟化液體來制備超分子全氟凝膠的方法。與常規超分子凝膠通過自組裝凝膠化不同的是，該項工作采用全氟試劑浸泡多孔聚四氟乙烯的方式得到了全氟超分子凝膠（圖一）。
圖一. 超分子凝膠的形成過程示意圖。a）普通超分子凝膠通過自組裝凝膠化過程，b）全氟超分子凝膠形成過程。
具體而言，該方法是將多孔聚四氟乙烯（生料帶）浸泡在全氟溶劑中，聚四氟乙烯基體的非晶區域被全氟溶劑溶脹，高結晶區域未被溶劑溶脹作為凝膠的物理交聯點，從而得到全氟超分子凝膠。這一制備方法是受到生料帶的生產工藝啟發而得到的，在生料帶的壓延成型過程中會形成纖維狀網格結構，這種結構與超分子凝膠的聚合物骨架相似，只需引入全氟溶劑對聚四氟乙烯非晶部分進行溶脹凝膠化，即可得到超分子全氟凝膠。對多孔聚四氟乙烯進行預拉伸還可以控制全氟溶劑的溶脹比例（圖二）。
圖二. 多孔聚四氟乙烯結構及溶脹性能
這種方法所制得的全氟凝膠不僅具有優異的力學性能，包括高強度(>4.2 MPa)和模量(>9.5 MPa)，極好的拉伸性能(6240%)和延展性(>2300%)。這些特性使得材料可以在室溫下輕易地通過徒手壓延到各種形狀的物體上，壓延后形成的薄膜仍具有良好的機械性能（圖三）。
圖三. 全氟超分子凝膠的機械性能及延展性能
此外，壓延過程中擠壓出的全氟溶劑被多孔結構固定在涂層表面，形成一層潤滑液膜，從而得到含液超滑涂層（SLIPS）（圖四）。SLIPS是一類在減阻、抗污、自清潔等領域具有巨大應用潛力的仿生表界面材料。其核心是使用納米/微結構化基材將注入的潤滑液鎖定在適當的位置，潤滑液被儲存在基材同時，在材料表面形成穩定和惰性的“光滑液膜”（這一概念由哈佛大學Aizenberg教授團隊在2011年提出）。在對涂層超滑性能的研究過程中，研究團隊還發現在該涂層表面液體消耗導致超滑性能下降后，可以通過簡單的按壓恢復其超滑性能。
圖四. 全氟超分子凝膠壓延后得到的超滑涂層及性能
該方法僅采用兩種日常生活中常見的原料（生料帶和全氟潤滑油），通過簡便的浸泡過程便可得到具有可壓延性能的全氟超分子凝膠，因而具有巨大的應用轉化潛力。比如，在目前全球COVID-19尚未得到有效控制的狀況下，該團隊在對涂層抗菌性能進行表征后，提出了抗菌膠帶的潛在應用。
圖五. 全氟含液超滑涂層的抗菌性能
該研究成果發表于近期的Chemical Engineering Journal期刊上，相關技術也申請了中國發明專利；楊莉博士為該文第一作者，崔家喜教授為通訊作者；上海科技大學的鄭宜君教授課題組在涂層抗菌性能測試上提供了幫助。該研究得到了國家自然科學基金的資助。
原文鏈接：
Calenderable Supramolecular Perfluorogels for facile fabrication of slippery coatings
Li Yang, Shihua Dong, Wei Zhou, Qian Wu, Yijun Zheng, Jiaxi Cui*
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894720340201
