近日，東南大學材料學院張友法團隊與賓夕法尼亞大學楊澍教授合作，引入無機粘結劑，采用涂層偏聚分相理論，制備出具有瞬時自修復特性、長效耐磨的超雙疏涂層。
超雙疏涂層具有優異的自清潔和耐油污特性，在油煙機等家用產品上具有廣闊的應用前景。但是在使用過程中，眾多部件在組裝、搬運以及后續清潔過程中，外部材料表面會處于刮擦、磕碰甚至磨損的工況條件下，因此防護涂層除了需要對有機物展現出良好的排斥作用，同時還必須具備優異的機械穩定性和環境耐久性，這就對涂層表面提出了更高的設計工藝和使用要求。
課題組團隊通過底面合一及噴涂的工藝，以全氟氯硅烷為改性劑制備出高接枝率的功能納米顆粒，引入磷酸二氫鋁為無機粘結劑，通過化學鍵合增強顆粒間的結合力，同時，功能顆粒在涂覆過程中的相分離和再團聚能顯著提高涂層體系的機械耐久性，粘結劑也能提高涂層的內聚力，以及與基底的附著力，示意圖如圖1。該方法工藝設備簡單，利于規模化批量制備，有較大的工業應用優勢。
圖1 耐磨自修復超雙疏涂層結構示意圖
耐磨超雙疏涂層對不同低表面張力液體展現出優異的超疏液性能，與常規復合超雙疏涂層與雙層超雙疏涂層相比，在機械耐穩定性上有大幅度提升，經過500次250 g負載Taber磨損后，表面仍具有明顯的超疏油特性。
圖2 超雙疏涂層機械穩定性
改性納米顆粒在溶液體系中會再團聚，并與無機粘結劑發生化學鍵合，在成膜過程中出現明顯的偏聚現象，生成不同粒度大小的顆粒團聚體膠囊，填充在整個涂層體系中。磨耗儀磨損后，涂層結構中的顆粒膠囊被破壞，內部大量的改性納米顆粒得以釋放，并通過擴散作用向低濃度區域（即顆粒消耗的磨損區域）迅速發生遷移，直至完全鋪展在磨損的表面上，使表面恢復功能特性，具有瞬時自修復性能。
圖3 涂層磨損后自修復機理
本文第一作者是博士生焦玄，通訊作者是張友法教授。
本論文工作受國家自然基金項目（項目號52071076），東南大學優秀博士學位論文培育基金（項目號YBYP2141）項目支持。
原文鏈接：
Mechanically robust superamphiphobic ceramic coatings with releasable nanoparticle-capsules. Chemical Engineering Journal, 2022, 446, 137336
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137336
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