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  近日，東南大學(xué)材料學(xué)院張友法團(tuán)隊與賓夕法尼亞大學(xué)楊澍教授合作，引入無機(jī)粘結(jié)劑，采用涂層偏聚分相理論，制備出具有瞬時自修復(fù)特性、長效耐磨的超雙疏涂層。

  超雙疏涂層具有優(yōu)異的自清潔和耐油污特性，在油煙機(jī)等家用產(chǎn)品上具有廣闊的應(yīng)用前景。但是在使用過程中，眾多部件在組裝、搬運(yùn)以及后續(xù)清潔過程中，外部材料表面會處于刮擦、磕碰甚至磨損的工況條件下，因此防護(hù)涂層除了需要對有機(jī)物展現(xiàn)出良好的排斥作用，同時還必須具備優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境耐久性，這就對涂層表面提出了更高的設(shè)計工藝和使用要求。

  課題組團(tuán)隊通過底面合一及噴涂的工藝，以全氟氯硅烷為改性劑制備出高接枝率的功能納米顆粒，引入磷酸二氫鋁為無機(jī)粘結(jié)劑，通過化學(xué)鍵合增強(qiáng)顆粒間的結(jié)合力，同時，功能顆粒在涂覆過程中的相分離和再團(tuán)聚能顯著提高涂層體系的機(jī)械耐久性，粘結(jié)劑也能提高涂層的內(nèi)聚力，以及與基底的附著力，示意圖如圖1。該方法工藝設(shè)備簡單，利于規(guī)模化批量制備，有較大的工業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢。

圖1 耐磨自修復(fù)超雙疏涂層結(jié)構(gòu)示意圖

  耐磨超雙疏涂層對不同低表面張力液體展現(xiàn)出優(yōu)異的超疏液性能，與常規(guī)復(fù)合超雙疏涂層與雙層超雙疏涂層相比，在機(jī)械耐穩(wěn)定性上有大幅度提升，經(jīng)過500次250 g負(fù)載Taber磨損后，表面仍具有明顯的超疏油特性。

圖2 超雙疏涂層機(jī)械穩(wěn)定性

  改性納米顆粒在溶液體系中會再團(tuán)聚，并與無機(jī)粘結(jié)劑發(fā)生化學(xué)鍵合，在成膜過程中出現(xiàn)明顯的偏聚現(xiàn)象，生成不同粒度大小的顆粒團(tuán)聚體膠囊，填充在整個涂層體系中。磨耗儀磨損后，涂層結(jié)構(gòu)中的顆粒膠囊被破壞，內(nèi)部大量的改性納米顆粒得以釋放，并通過擴(kuò)散作用向低濃度區(qū)域（即顆粒消耗的磨損區(qū)域）迅速發(fā)生遷移，直至完全鋪展在磨損的表面上，使表面恢復(fù)功能特性，具有瞬時自修復(fù)性能。

圖3 涂層磨損后自修復(fù)機(jī)理

  本文第一作者是博士生焦玄，通訊作者是張友法教授。

  本論文工作受國家自然基金項目（項目號52071076），東南大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文培育基金（項目號YBYP2141）項目支持。

  原文鏈接：

  Mechanically robust superamphiphobic ceramic coatings with releasable nanoparticle-capsules. Chemical Engineering Journal, 2022, 446, 137336

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137336