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  由哈佛大學Aizenberg教授提出SLIPS的仿生多功能表面由于其特殊的液固結合界面在近幾年受到廣大研究人員的關注。其主要應用領域包括防凍、防腐、防海洋污染和實現高透明性材料等，并在液體運輸，太陽能電池表面和深海防污等領域展現出巨大應用前景。然而，考慮到在真實環境中的長期使用時，用于SLIPS儲油的多孔或粗糙結構很容易被苛刻的機械磨損所破壞；同時，所注入的油層不穩定，很容易在外界刺激下被剝奪也是SLIPS亟待解決的問題。

  基于以上問題，天津大學汪懷遠教授團隊通過對微納米結構和化學相互作用的精細設計，提出了一種具有優異機械性能和穩定油層的有機/無機復合超疏水涂層用于SLIPS的制備。由于共價鍵Ti-O-Si和氫鍵的存在，TiO₂在許多堆積的坡縷石納米棒上大量沉積，形成了獨特的仿“玉米”結構。同時，TiO₂表面的羥基也能與兩種聚合物（聚醚砜PES和聚偏氟二乙烯-六氟丙烯共聚物PVDF-HFP）以氫鍵的方式相互作用，由于這些強化的界面相互作用，這些“玉米狀”結構緊密地聚集在一起，形成豐富而機械強健的粗糙結構，不僅展現出穩定且耐久的超疏水性，而且提供足夠的毛細管力來儲存潤滑油。

  研究發現，用于SLIPS注油前的超疏水涂層與基板具有優異的結合力，且在經受200次苛刻的摩擦機試驗（負載為250 kPa）后仍保持超疏水性。此外，在200次砂紙磨損循環后，也仍能維持超疏水的接觸角和滾動角（WCA＞150°, WSA＜10°）。通過對制備涂層的填料進行XPS和紅外光譜分析，證明了坡縷石與TiO₂之間的共價鍵和氫鍵作用。同時在涂層的粗糙結構中觀察到了一種“玉米”狀的結構，涂層中的“玉米”狀結構是由于坡縷石棒與TiO₂間的靜電作用，共價鍵作用和氫鍵作用以及兩種聚合物與TiO₂的氫鍵作用和聚合物的熔融包裹作用而形成的，具有優異的機械和化學穩定性及耐磨性。

圖1. 具有類“玉米”狀結構的涂層形貌

圖2（a） 砂紙磨損實驗示意圖；（b）連續砂紙磨損循環后WCA和WSA的變化；（c）摩擦機裝置（負載=250kPa）示意圖；（d）連續摩擦機磨損循環后WCA和WSA的變化

  注油后得到的SLIPS也具有優異的熱水排斥性，在沸水中煮后15 min和300個熱水浸泡循環后，仍能維持SLIPS的超滑特性。另外，所制備的SLIPS還在50 kPa高水壓沖擊，4000 rpm/min的高轉速實驗，96 h的水浸泡后和強酸強堿刺激后也維持了良好的超滑性質。這證明了所制備的SLIPS具有優異機械、物理和化學穩定性。該SLIPS也被證明可以用于多種基底上（木材，玻璃，PTFE塑料，鋼板和泡沫鎳等）。這項成果為設計強機械穩定性的SLIPS提供了新思路和解決方案。

圖3（a）SLIPS上不同溫度水的WCA和WSA；（b）將SLIPS浸入85℃熱水中并拉出300次循環的示意圖；（c）80 ℃水滴從SLIPS上滑落的紅外熱成像圖片；（d）SLIPS浸入沸水不同時間時的WCA和WSA變化；（e）沸水浸沒實驗的示意圖

圖4 （a） SLIPS上強酸（pH=1）、水（pH=7）和強堿（pH=14）的WCA和WSA；（b）浸水96小時后SLIPS上的WCA和WSA；（c）不同轉速下WCA和WSA的變化；（d）水沖擊試驗示意圖（水壓=50kPa）；（e）水滴手彎曲后的SLIPS上滑動；（f） 50 kPa水壓下不同水沖時間后WCA和WSA的變化

  以上研究成果發表在Chemical Engineering Journal上，論文的第一作者為天津大學化工學院碩士生袁思成，通訊作者為汪懷遠教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128953