自哈佛大学Aizenberg教授的生物矿化和仿生学研究实验室在2011年提出含液光滑表面SLIPS（slippery liquid-infused porous surface）这一概念以来，SLIPS这类仿生表界面材料在减阻、抗污、自清洁等领域的应用潜力受到了广泛的关注。SLIPS这一概念的核心是使用纳米/微结构化基材将注入的润滑液锁定在适当的位置，润滑液被储存在基材同时，在材料表面形成稳定和惰性的“光滑液膜”。从这里不难看出，润滑液的储存和光滑液膜的稳定性是保持SLIPS功能性的关键。然而，光滑液膜难免在外力作用下或随着光滑表面的使用产生损耗，需要及时进行补充，否则光滑表面就会失效了。为了解决这一问题崔家喜及其团队发展了一类能可控存储和分泌润滑液方法（Adv. Mater. Interfaces, 2019, 1901028；Adv. Mater., 2018, 30, 1802141；Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10681；Nat. Mater., 2015, 14, 790）：把润滑剂以液滴的方式存储在动态聚合物网络里。利用界面能驱动润滑剂自调制分泌到材料表面，实现长效润滑表面的目的。然而，即使如此，基材内部储存的润滑液也还是会最终消耗殆尽。如果没有合适的办法重生这一结构，要维持超滑的效果，只能将原涂层全部去除和重新施工，耗费耗时耗力。
针对以上问题，电子科技大学崔家喜教授团队近期提出一种液滴自生长的方法来原位重生含液超滑材料（图1）。无需铲除和重新施工，只需要对失效的涂层进行原位的维护，就可以在原涂层基材中原位再生出液滴来，使该含液光滑涂层得以重生！从而有效提高涂层的使用寿命，避免物料浪费。此外，该光滑涂层还可以通过透明度的变化，向管理人员发出维护信号，涂层透明度提高表明液体逐渐消失，管理人员则可以根据需要及时进行维护。
图1. 液滴自生长材料设计示意图
具体而言，该方法利用动态聚合物在固化过程中形成的网络交联缺陷，通过超分子聚合物网络溶胀溶剂来驱动聚合物网络的动态键重构，溶剂分子在交联缺陷处聚集生长，形成溶剂液滴嵌入结构。报道中用氢键相互作用交联的uPDMS超分子聚合物（脲和聚二甲基硅氧烷的共聚物）体系证明了这一设计理念，聚合物网络基质在溶剂挥发中形成有强交联和弱交联区域的异质结构（图2）。当这些材料在溶剂中溶胀时，溶剂分子更倾向于在弱交联区域成核聚集，随着聚合物网络动态键（氢键）的解离和重新组装，小的液滴聚集融合生长成纯的溶剂液滴，从而在聚合物网络中形成液滴嵌入结构（图3）。该方法也具有普适性，可以适用于不同种类的溶剂体系（图4），为涂层功能化提供简便的途径。通过这种液滴自生长获得具有液滴嵌入结构的涂层也表现出各种有趣的特性，包括表面液膜的自我补充，机械响应性和自我修复能力，以及在液滴被消耗之后，可以在不破坏涂层的前提下，通过液滴自生长的方法使失效涂层再生液滴嵌入的结构并使含液滴超滑材料重生（图5）。简单的说就是无需脱胎换骨，就能使SLIPS巧妙重生！
图2. uPDMS凝胶涂层的异相结构表征
图3. 在uPDMS凝胶中液滴自生长过程
图4. 液滴自生长方法的普适性，适用于矿物油，食用油，有机溶剂体系
图5. 液滴自生长材料的功能性。a）可逆性；b）自分泌性；c）自愈合性；d）机械响应性
该研究成果发表于近期的ACS Applied Materials & Interfaces 期刊上。博士生吴倩和博士后杨莉是该文共同第一作者，崔家喜教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金的资助。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c11211?ref=xmol）：
Droplets self-born in dynamic polymer for generating functional coatings
Qian Wu, Li Yang, Hong Wang, Shihua Dong, Longquan Chen, Jun-tang Li, Jiaxi Cui
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c11211
Publication Date: August 10, 2020
Copyright © 2020 American Chemical Society
来源：X-MOL
