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  鎵基液態(tài)金屬（GLM）因其良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、流動(dòng)性和生物相容性，在柔性電路、靶向藥物治療和流體潤(rùn)滑等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而， GLM液滴具有極大的表面張力（如Ga₇₅In，624 mN m^–1），難以進(jìn)行加工處理，且表面容易被氧化而黏附在金屬表面并造成腐蝕。因此，研究人員通常需要將 GLM進(jìn)行納米化，然而納米化GLM液滴極其容易變形和團(tuán)聚，嚴(yán)重影響著GLM液滴的存儲(chǔ)和功能化。因此如何得到穩(wěn)定且具有良好功能化的GLM納米液滴及其復(fù)合材料是研究人員的熱點(diǎn)方向。

  近日，西北工業(yè)大學(xué)先進(jìn)潤(rùn)滑與密封材料研究中心劉維民院士團(tuán)隊(duì)通過聚多巴胺的表面修飾和邁克爾加成反應(yīng)，獲得了一種功能化的GLM納米液滴，并將其應(yīng)用于防污涂層的研究。研究人員首先將GLM液滴加入到鹽酸多巴胺溶液中，超聲過程中原位得到聚多巴胺修飾的液態(tài)金屬（PDA-GLM）納米液滴。由于修飾的PDA層具有豐富的活性基團(tuán)，可以與含-NH₂的兩性離子聚合物（PEIS）發(fā)生邁克爾加成反應(yīng)，得到兩性離子聚合物修飾的液態(tài)金屬納米液滴（PEIS-GLM）。

  隨后，研究人員將PEIS-GLM納米液滴以填料的形式加入PDMS涂層中。由于PEIS修飾層的存在，GLM納米液滴可以均勻地分散在PDMS中。由于液態(tài)金屬的鎵離子和兩性離子聚合物PEIS協(xié)同殺菌的作用，及兩性離子聚合物PEIS的水合性能賦予液態(tài)金屬涂層的良好抗菌及防污效果（抑制90%以上的細(xì)菌黏附及70%以上的藻類黏附）。由于外力作用下暴露的液態(tài)金屬能夠誘導(dǎo)PDMS中未反應(yīng)的乙烯基單體活化，從而發(fā)生進(jìn)一步交聯(lián)反應(yīng)，故當(dāng)液態(tài)金屬基于的復(fù)合涂層受到外力作用破損后，其表面具有自修復(fù)愈合效果，可以有效地防止基底表面的腐蝕。

圖1. PEIS-GLM納米液滴和PEIS-GLM@PDMS防污涂層的制備示意圖

圖2. (a) 金黃色葡萄球菌（S. aureus）和 (b) 大腸桿菌（E. coli ）在不同涂層表面附著的熒光顯微鏡照片；（c）S. aureus 和（d）E. coli 在不同表面附著密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果；（e）杜氏藻（Dunaliella）和（f）紫球藻（Porphyridium）在不同表面附著密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖3. Q235鋼表面受損涂層的腐蝕試驗(yàn)

  聚多巴胺的表面修飾結(jié)合邁克爾加成反應(yīng)可作為一種通用的表面改性方法，其功能化液態(tài)金屬GLM納米液滴具有廣泛的應(yīng)用前景。研究人員還通過此表面改性方法獲得到了DDP (二烷基二硫代磷酸酯)功能化的GLM納米液滴（DDP@GLM）。由于DDP的修飾有助于提高GLM納米液滴在基礎(chǔ)潤(rùn)滑油PAO中的分散性。因此其作為基礎(chǔ)油添加劑，可以顯著降低摩擦副表面的摩擦系數(shù)和磨損體積。

圖4. DDP@GLM納米液滴的制備示意圖及相應(yīng)的減摩抗磨機(jī)理

  以上研究成果分別發(fā)表在Chemical Engineering Journal （Chem. Eng. J. 2022，427，131019）和ACS Applied Nano Materials（ACS Appl. Nano Mater. 2020, 3, 10, 10115-10122）。論文的第一作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院博士生何寶羅，通訊作者為葉謙副教授和劉淑娟研究員。

  論文鏈接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721026012

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.0c02092