編者按:

表面粘附現(xiàn)象廣泛存在于日常生活和工業(yè)場(chǎng)景中，但不希望的粘附（如生物污損、油污或結(jié)垢）會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與安全隱患。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馬春風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)兩性離子基聚硅氮烷涂層，成功實(shí)現(xiàn)了機(jī)械強(qiáng)韌性、高透明度與廣譜抗粘附性能的完美結(jié)合。相關(guān)研究成果以 “Self-Adaptive Zwitterionic Polysilazane Coatings with Mechanical Robustness, High Transparency, and Broad-Spectrum Antiadhesion Properties”為題發(fā)表在《Advanced Materials》期刊上。

該涂層的核心創(chuàng)新在于引入基于表面自富集與動(dòng)態(tài)自適應(yīng)的設(shè)計(jì)策略，將低表面能的氟基和水解誘導(dǎo)生成的兩性離子前體相結(jié)合。在空氣中，氟基富集于表面，使涂層展現(xiàn)抗油污與抗涂鴉能力；而在水下，兩性離子層則重新排列，賦予涂層抗生物污損、抗水下油粘附與抗結(jié)垢性能。這種自適應(yīng)特性不僅解決了涂層在多環(huán)境切換中的性能衰減問題，還顯著提升了機(jī)械耐久性，達(dá)到7H硬度與優(yōu)良的柔韌性。

在該研究中，QSense耗散型石英晶體微天平(QCM-D)技術(shù)作為核心工具，為揭示涂層的動(dòng)態(tài)界面行為提供了強(qiáng)有力的支持。QCM-D技術(shù)以其實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)和高靈敏度等特點(diǎn)，深入探討了涂層在不同環(huán)境下的抗粘附機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)通過QCM-D對(duì)蛋白質(zhì)（如纖維蛋白原）在涂層表面的吸附過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)記錄了頻率（Δf）和耗散因子（ΔD）的變化。結(jié)果表明，相較于普通涂層，含有兩性離子的聚硅氮烷涂層因其表面形成了強(qiáng)水化層，顯著減少了蛋白質(zhì)的吸附，從而驗(yàn)證了涂層在抗生物污染方面的卓越性能。這一高精度的分析不僅揭示了涂層的功能機(jī)制，還為進(jìn)一步優(yōu)化涂層設(shè)計(jì)提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

本項(xiàng)研究不僅是表面科學(xué)的一次重要突破，同時(shí)也為海洋工業(yè)、光學(xué)設(shè)備與管道運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域提供了切實(shí)可行的解決方案。華南理工大學(xué)博士生黃印杰為本文第一作者，馬春風(fēng)教授為本文通訊作者，本成果再次彰顯了華南理工大學(xué)在高性能材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的領(lǐng)先地位。

以下轉(zhuǎn)自高分子科學(xué)前沿

自適應(yīng)廣譜抗粘附“聚合物陶瓷”涂層

表面粘附是日常和工業(yè)生產(chǎn)中常見的現(xiàn)象。 然而，一些不希望的表面粘附物（如生物污損、油污、結(jié)冰、結(jié)垢等）會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。例如，船舶表面粘附的生物污損會(huì)增加其航行阻力，導(dǎo)致燃料消耗大幅增加；醫(yī)療設(shè)備表面的生物粘附會(huì)增加感染風(fēng)險(xiǎn)。液體如油污、涂鴉等的粘附會(huì)降低透明窗口或顯示器的透明度，影響其正常使用。固體物質(zhì)的粘附，如運(yùn)輸管道中的結(jié)垢或室外設(shè)施的結(jié)冰，會(huì)嚴(yán)重影響熱交換效率，造成安全隱患和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。