疏水界面，通常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的應(yīng)用于防水、自清潔、減阻以及選擇性吸收等領(lǐng)域已經(jīng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。然而穩(wěn)定性、靈活性以及實(shí)用性目前仍然是超疏水材料在實(shí)際應(yīng)用中急需解決的問題。除此之外，能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還未見報道。

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)與納米仿生研究所張珽研究員團(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，該涂層同時兼具了超疏水和優(yōu)異的應(yīng)變感知性能，可以有效的抵抗環(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°）；

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 

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)）。

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

基于智能涂層的優(yōu)異性能，該團(tuán)隊(duì)成功地實(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“水黽”機(jī)器人；形成智能織物全范圍實(shí)時監(jiān)測人體動作等等。該研究對超疏水材料、智能材料與柔性智能系統(tǒng)領(lǐng)域有重要意義。

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“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） 

相關(guān)研究成果已發(fā)表在近期AdvancedMaterials雜志上（DOI: 10.1002/adma.201702517），并被選為內(nèi)封面(Inside Cover)。該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。

本文轉(zhuǎn)自：中科院蘇州納米所，僅供參考學(xué)習(xí)