蘇州納米所在多功能超疏水智能涂層研究中獲進(jìn)展

　　超疏水界面，是指水與材料表面的接觸角大于150°，如生活中常見的荷葉和水黽科昆蟲的腿部。制造人工超疏水表面并將其廣泛應(yīng)用于防水、自清潔、減阻以及選擇性吸收等領(lǐng)域，已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。穩(wěn)定性、靈活性、實(shí)用性仍是超疏水材料在實(shí)際應(yīng)用中急需解決的問題。此外，將超疏水材料與可穿戴柔性傳感應(yīng)用相結(jié)合的超疏水智能涂層未見報(bào)道。

　　針對以上的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張珽團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了有多級微納復(fù)合結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管（MWCNT）/熱塑性彈性體（TPE）復(fù)合超疏水智能涂層，該涂層同時(shí)兼具了超疏水和優(yōu)異的應(yīng)變感知性能，可有效的抵抗環(huán)境中水、酸液、堿液、汗液等干擾。從研究結(jié)果來看，得益于復(fù)合涂層中梯度分布的TPE和穩(wěn)定的微米孔-納米突起復(fù)合結(jié)構(gòu)，該多功能涂層既可以與柔性襯底（如柔性織物、聚酰亞胺、聚乙烯等）穩(wěn)定結(jié)合也可與剛性襯底（如玻璃、金屬等）良好的結(jié)合，且符合Wenzel以及Cassie模型具有非常穩(wěn)定的超疏水性能（接觸角~162°）；另一方面多孔微納復(fù)合結(jié)構(gòu)給予MEWCNT/TPE復(fù)合網(wǎng)絡(luò)對拉伸、彎曲以及扭曲優(yōu)秀的應(yīng)變感知能力：實(shí)現(xiàn)了高靈敏度（GF：5.4~80），高分辨率（1°的彎曲），快速響應(yīng)時(shí)間（<8ms），大應(yīng)變范圍（最大應(yīng)變~76%、彎曲角度0°~140°，扭曲0-350radm-1）以及高穩(wěn)定性（5000次大應(yīng)變拉伸實(shí)驗(yàn)）?；谥悄芡繉拥膬?yōu)異性能，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了多功能應(yīng)用：在復(fù)合材料中加入四氧化三鐵（Fe3O4）納米粒子構(gòu)筑磁驅(qū)動(dòng)“水黽”機(jī)器人；形成智能織物全范圍實(shí)時(shí)監(jiān)測人體動(dòng)作等。研究對超疏水材料、智能材料與柔性智能系統(tǒng)領(lǐng)域有重要意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。

　　研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金項(xiàng)目等的資助。

　　圖1.(a)、(b)多功能智能涂層表面形貌；(c)水滴(~3mL)在未處理、堿、酸、紫外處理之后的智能涂層表面的光學(xué)照片；(d)智能涂層截面的微觀形貌

　　圖2.(a)多功能智能涂層對應(yīng)變響應(yīng)；(b)對不同頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)；(c)響應(yīng)時(shí)間；(d)循環(huán)測試；(e)水滴(~3mL)在延展的涂層表面光學(xué)照片

　　圖3. (a)、(b)真實(shí)水黽和“腳”上涂有多功能智能涂層的磁驅(qū)動(dòng)“水黽”機(jī)器人；(c)防水智能傳感衣物；(d)智能傳感手套與防潑水能力；（e）內(nèi)封面圖片（Inside Cover）