科研進(jìn)展
蘭州化物所高穩(wěn)定超疏液涂層研究取得重要進(jìn)展
超疏液表面因其獨(dú)特的潤(rùn)濕特性，在防污、防腐、防結(jié)冰、流體減阻等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員受荷葉微-納結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過(guò)多種物理與化學(xué)方法構(gòu)筑了大量超疏液表面。然而，其實(shí)際應(yīng)用始終受到耐壓性不足、機(jī)械穩(wěn)定性較差及耐候性有限等關(guān)鍵問(wèn)題的制約。
針對(duì)上述瓶頸，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所資源化學(xué)與能源材料研究中心硅基功能材料課題組持續(xù)開展系統(tǒng)性研究，圍繞超疏液涂層的共性科學(xué)問(wèn)題與工程化應(yīng)用需求，致力于實(shí)現(xiàn)高性能超疏液涂層的構(gòu)筑與規(guī)模化制備。在前期研究基礎(chǔ)上（Science Adv 2023, 9, eadj1554、Nature Commun 2023, 14, 2862、Nature Commun 2024, 15, 9610、Superamphiphobic Surfaces: Fabrication, Characterization, andApplications, Wiley, 2025），研究團(tuán)隊(duì)近期報(bào)道了具有自相似結(jié)構(gòu)的耐壓穩(wěn)定超雙疏涂層，通過(guò)連續(xù)流動(dòng)涂覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)穩(wěn)定超雙疏涂層制備，系統(tǒng)總結(jié)了粘結(jié)劑在穩(wěn)定超疏液涂層中的作用（Mater Horiz 2026, 13, 3827、Mater Horiz 2026, doi.org/10.1039/D6MH00200E、Chem Sci 2025, 16, 19048）。
近日，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步取得重要進(jìn)展。通過(guò)定量分析超疏液涂層表觀接觸角、毛細(xì)壓力、彎曲應(yīng)力及穩(wěn)定性指數(shù)之間的耦合關(guān)系，提出了一種全新的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架——疏液互聯(lián)緊密堆積（Lyophobic Interconnected Close-Packed）納米結(jié)構(gòu)，并將其命名為L(zhǎng)ICP納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，將LICP納米結(jié)構(gòu)的特征尺寸和間距縮小至納米尺度并保持適當(dāng)比例，可顯著提升超疏液涂層的耐壓性和機(jī)械穩(wěn)定性。基于這一設(shè)計(jì)原則，團(tuán)隊(duì)采用二氧化硅等常見原材料構(gòu)筑出LICP納米結(jié)構(gòu)超疏液涂層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該涂層在極端條件下仍能保持穩(wěn)定的Cassie–Baxter狀態(tài)，包括6MPa靜水壓、60.1ms-1高速水流沖擊及1.1萬(wàn)次Taber摩擦測(cè)試，同時(shí)展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與長(zhǎng)期耐候性（>3年）。更重要的是，該研究實(shí)現(xiàn)了LICP結(jié)構(gòu)超疏液涂層的規(guī)模化制備、多功能集成及應(yīng)用，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面剔除了傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)的必要性，為高穩(wěn)定超疏液涂層的理性設(shè)計(jì)提供了新的理論框架與實(shí)現(xiàn)路徑。
相關(guān)研究成果以“A Predictive DesignFramework for Ultrarobust Superhydrophobic Coatings Based on LyophobicInterconnected Close-Packed Nanostructures”為題發(fā)表在J Am Chem Soc,2026, doi.org/10.1021/jacs.5c21154上。蘭州化物所李步成副研究員、魏晉飛博士后為該論文共同第一作者，張俊平研究員為通訊作者。
上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省拔尖領(lǐng)軍人才、甘肅省區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、甘肅省自然科學(xué)基金、蘭州化物所“十五五”重點(diǎn)培育等項(xiàng)目的支持。
圖1. LICP納米結(jié)構(gòu)超疏液涂層的耐壓、耐磨機(jī)理圖
