界面化學反應被廣泛用于智能/功能性材料表面的構筑，在生物分子固定、小分子可控釋放、智能傳感以及各種圖案化界面構筑等領域有著廣泛的應用。目前，常用的方法包括反應組分的層層自組裝（LBL）、化學氣相沉積（CVD）等技術。不過，這些方法構筑的功能界面處于納米超薄范圍，聚合過程不可控且機械性能較差。近年來，界面化學反應被進一步拓展應用于具有高級微納結構功能涂層的構筑，在微流體、藥物傳輸、油水分離等方面展現出廣闊的應用前景。但是，功能涂層的構筑過程要求苛刻，限制了其大規模應用。

近日，印度理工學院瓜哈提分院（IITG）的Uttam Manna研究團隊基于丙烯酸酯與氨基的邁克爾加成反應，開發了一種在空氣氛圍無需溶劑及催化劑的綠色、簡便的塊體功能材料的構筑方法。該功能材料表面在不同環境氛圍下展現出不同的潤濕特性，在空氣中呈現仿荷葉表面的超疏水狀態，水下為仿魚鱗表面的超疏油狀態。此外，該材料體系固有的高粘附性使其便于在不同材質基底構筑超疏涂層。

仿生聚合物材料綠色合成過程示意圖。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

研究人員選用支化聚乙烯亞胺（BPEI）、二季戊四醇五丙烯酸酯（5Acl）為反應“單體”基元，在無溶劑、無催化劑條件下，該體系能夠基于邁克爾加成發生快速反應（30 s內）形成目標聚合物凝膠體系。凝膠體系表面疏水性可隨著5Acl含量的增加而提高，同時采用十八烷基胺（ODA）修飾改性后其疏水性能進一步增強；當 BPEI/5Acl為1:5時，經過ODA改性后體系表面達到超疏水狀態（WCA＞150°，接觸角滯后＜10°）。材料表面形貌FESEM測試表明，基于除去未反應基元能夠在凝膠體系表面和內部形成多孔結構，從而賦予塊體材料多級復合微觀結構。

仿生聚合物材料綠色合成過程示意圖。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

BPEI/5Acl 反應生成的凝膠體系呈親水特性，而經過烷基胺修飾改性后則轉變為疏水轉態。研究人員對凝膠體系表面不同鏈長烷基胺（C原子數為5~18）疏水改性效果進行了系統研究。研究表明，隨著烷基胺C原子數的增加，其疏水改性效果逐步至超疏水狀態。此外，經過親水性小分子還原葡萄糖胺修飾改性后的凝膠體系在水下呈現超疏油狀態（CA ~ 162°）。

材料表面基于小分子胺修飾改性研究。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

該凝膠材料體系能夠作為涂層材料簡便圖涂覆于玻璃、塑料、鋁箔、木材等各種未經任何修飾改性的材料基底表面。相關測試表明，該功能涂層具有優異的基底粘附性和耐磨性能，對人工海水、淡水以及不同pH水溶液均具有優異的超疏性能，經過UV（254、365 nm）輻照5天，涂層疏水性及水下疏油性能未呈現明顯下降，展現出優異的耐候性。

涂層超疏性能穩定性測試。圖片來源：ACS Appl. Mater. Interfaces

總結

本論文作者通過邁克爾加成反應結合后修飾改性構筑了功能性交聯聚合物凝膠體系。該凝膠體系作為功能涂層展現出優異的超疏水及水下超疏油性能。這種凝膠體系構筑方法十分簡便，可進一步拓展至其他功能性界面構筑以及圖案化潤濕性表面制備等應用方面。

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Green and Rapid Synthesis of Durable and Super-Oil (under Water) and Water (in Air) Repellent Interfaces

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 23451–23457, DOI: 10.1021/acsami.8b06924