在國家自然科學(xué)基金項目的資助下，吉林大學(xué)教授孫俊奇研究小組將層層組裝用于微米級厚度的聚合物復(fù)合的快速構(gòu)筑，制備了自修復(fù)超疏水涂層、高效促動器及行走機器，拓展了層層組裝膜的功能。
超疏水涂層在自清潔、抗腐蝕、抗黏附和減阻等方面具有重要的潛在應(yīng)用。常用的人工制備的超疏水涂層往往由于太陽的光漂白或機械刮擦，而容易失去超疏水性能，這制約其實際應(yīng)用。如何賦予超疏水涂層自修復(fù)的功能，是解決上述問題的一條重要途徑。孫俊奇等將磺化聚醚醚酮—聚烯丙基氯化銨（PAH）復(fù)合物與聚丙烯酸（PAA） 層層組裝，基于復(fù)合物的大尺度效應(yīng)，快速制備了具有微納復(fù)合結(jié)構(gòu)且具有通透微孔的微米厚度的聚合物涂層。將涂層熱交聯(lián)，再化學(xué)氣相沉積全氟辛基三甲氧基硅烷（POTS），制備了具有自修復(fù)功能的超疏水涂層。
該超疏水涂層自修復(fù)的功能源于微孔結(jié)構(gòu)的涂層能儲存大量可作為修復(fù)劑的疏水的POTS，在超疏水功能受損時釋放出POTS到涂層的表面，實現(xiàn)超疏水功能的修復(fù)。超疏水涂層的自修復(fù)在濕潤的環(huán)境下自發(fā)進行，如在40%的相對濕度下超疏水功能的修復(fù)僅需4小時，且經(jīng)歷多次損傷和修復(fù)后，超疏水涂層仍能保持原來的超疏水性能。除自修復(fù)功能外，該超疏水涂層還具有良好的耐磨性能。這一工作為制備耐損傷、長壽命的超疏水涂層提供了新的思路。該研究成果發(fā)表于德國《應(yīng)用化學(xué)》并被選為熱點文章。
盡管人們已經(jīng)制備出了能夠感知各種外界刺激的促動器，但能夠?qū)崿F(xiàn)對刺激的快速響應(yīng)，并將外界刺激產(chǎn)生的物理或化學(xué)能量高效地轉(zhuǎn)化為機械運動的促動器的制備卻面臨極大的挑戰(zhàn)。孫俊奇等以PAA/PAH層層組裝膜為響應(yīng)層，在快速構(gòu)筑PAA/PAH膜表面旋涂光交聯(lián)聚合物層（NOA 63），再將它們從基底上剝離，制備了雙層結(jié)構(gòu)聚合物自支持膜。高度吸水的PAA/PAH層和不吸水的NOA 63層對環(huán)境濕度響應(yīng)的差異使得雙層結(jié)構(gòu)的自支持膜在環(huán)境濕度變化下發(fā)生快速可逆的彎曲響應(yīng)，獲得了濕度響應(yīng)的促動器。在促動器的兩端連接兩只聚合物基片作為“腳”，制備了濕度驅(qū)動的行走機器。當(dāng)環(huán)境相對濕度在11%和40%間周期變化時，行走機器能負載促動器本身重量120倍的重物在棘齒結(jié)構(gòu)的基底上快速行走。