超疏水材料在航空航天、食品工業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景。然而，生產(chǎn)方法的不環(huán)保和有限的耐久性仍然是超疏水材料大規(guī)模生產(chǎn)和使用的兩大障礙。基于此，意大利理工的研究人員通過可大規(guī)模進(jìn)行且環(huán)保的乳業(yè)反應(yīng)方法，制備出耐久性超強(qiáng)的硅膠塊體超疏水材料。首先是通過機(jī)械攪拌，制備出無表面活性劑的聚二甲基硅氧烷水溶液（PDMS）包水乳液，使得PDMS內(nèi)部發(fā)生相分離，以此增加PDMS中孔隙率和提高微觀結(jié)構(gòu)粗糙度，將PDMS固化并打磨表面后，得到超疏水性的塊體材料。同時(shí)，也可以將二氧化硅納米粒子分散在水相中，以產(chǎn)生微米/納米結(jié)構(gòu)的整料，進(jìn)一步提高粗糙度。并且，由于PDMS具有高彈性，塊體材料的超疏水性在經(jīng)過機(jī)械拉伸或壓縮后都可得到保持。并且，該超疏水硅膠塊體材料對(duì)刮刀、膠帶剝離和手指擦拭，以及嚴(yán)格的砂紙磨損測試都表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。當(dāng)暴露于腐蝕性溶液、紫外線、極端溫度和高能量液滴的不利環(huán)境條件時(shí)，超疏水性也保持良好。該成果發(fā)表在近期《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

▲圖1

a）用于生產(chǎn)具有微納結(jié)構(gòu)的PDMS塊體材料的乳液模板化方法。首先通過機(jī)械混合獲得無表面活性劑的油包水PDMS乳液。在PDMS熱固化之后，加熱固體整料以使塊體中的水分蒸發(fā)。經(jīng)過打磨后微觀紋理顯現(xiàn)在塊體表面。

b）水（染成藍(lán)染色）和PDMS發(fā)生相分離以及油包水的PDMS乳液的照片。光學(xué)顯微照片表明水微滴在PDMS中分散良好。

c）固化的PDMS整料的SEM圖像。沖擊水滴（染成紅色的對(duì)比）在PDMS塊體材料的微紋理表面表現(xiàn)出高度的流動(dòng)性。

▲圖2 

a）隨著前體乳液中水的wt％增加，PDMS塊體材料的表面紋理的SEM圖像。

b）孔徑的直方圖顯示孔徑平均值和擴(kuò)散率隨著水的wt％的增加而增加。 c）含有30％和70％水的乳液制成的整料的深度剖面圖。

d）隨著前體乳液的水重量％，剖面峰谷值增加。

▲圖3

a）測試微觀和微米/納米結(jié)構(gòu)整料的耐磨性的方法示意圖。

b）使用P240和P600砂紙作為磨削試驗(yàn)面時(shí)，磨損距離與潤濕性的函數(shù)。

c） P240砂紙磨損后的材料的SEM圖像的表面紋理幾乎與原始材料相同。 而用P600砂紙磨擦后，表面形態(tài)出現(xiàn)更明顯的改變。 

▲圖4 在PDMS整體材料上進(jìn)行機(jī)械境耐久性與環(huán)境穩(wěn)定性測試

a）刮刀，膠帶剝離和手指擦拭測試來模擬實(shí)際的處理?xiàng)l件。

b）壓縮試驗(yàn)（17 MPa），表面微觀結(jié)構(gòu)和潤濕性不變。

C）超疏水整體沉浸在高濃度的堿性溶液中的照片，空氣層仍然可見。

d）在外界自然環(huán)境和紫外線環(huán)境下樣品的照片。

e）被加熱到極高溫度后的樣品的SEM圖像。當(dāng)加熱到300℃時(shí)，潤濕性沒有變化，加熱到350℃后，液滴在表面仍然是活動(dòng)的。