自清洁功能高分子仿生表面研究获进展

在国家“863”计划新材料领域课题、国家自然科学基金委材料学部基金课题、科学院和化学所创新项目的支持下，化学研究所研究员徐坚、董金勇的课题组经过通力合作，在高分子仿生表面研究上取得了创新性进展，近期的相关有关研究成果发表在最近一期的国际学术期刊Advance  Materials上。

在文献报道的具有自清洁功能的超疏水表面制备中，大多使用极低表面能的含氟、硅基团的物质对表面进行修饰，以降低表面的表面能。然而，自然界中具有自清洁功能的荷叶、芸苔等植物表面仅为表面能较低的植物蜡所覆盖。该研究组应用聚丙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯两嵌段共聚物作为成膜物质，用直接成膜法得到了具有三维微纳米结构的聚合物表面。利用两嵌段共聚物在选择性溶剂中溶解性不同而得到多分子胶束溶液，单一胶束粒径在50至200纳米之间。在溶剂挥发过程中，胶束彼此之间聚集以减小体系的表面能，形成尺寸在1～2微米的球形胶束团聚体，每个团聚体的表面为众多纳米级的单个多分子胶束所覆盖，构筑聚合物涂层表面具有与天然荷叶表面相似的微纳双重结构，这一高分子仿生表面表现出类似天然荷叶的自清洁功能，水滴(5微升)的接触角为160.5±2.1度，滚动角为9±2.1度。

本项研究结果的意义在于，以普通的高分子材料构筑出具有仿荷叶的微纳双重结构表面。尽管表面的浸润性是由表面组成和表面微观结构两方面所决定，但该研究结果表明，浸润性对表面微观结构依赖性更大。只要能构筑合适的表面仿生微观结构，无需低表面能物质的修饰就可得到类似荷叶的自清洁仿生表面。由于聚合物材料在涂料工业中的重要性，本研究成果对扩大制备自清洁仿生表面材料的可选择范围，加深对表面浸润性的认识具有指导意义，对推动涂料科技发展有潜在的应用价值。