幾年前,一位自動駕駛工程師找到中國科學院理化技術研究所賀軍輝研究員,前者講起了自己在工作中碰到的問題:自動駕駛用的多種光學傳感器光學窗容易被污染,導致車輛在無人干預的情況下無法自動行駛,只能“趴窩”。
其實,這種問題在很多應用場景都會出現,比如太陽能電池、便攜式電子設備、汽車、高鐵、飛機、船舶、住房建筑等都會面臨這種問題。
而盡量多地收集光線有利于充分利用太陽能,可以提升光學器件和光電器件等的工作效率。這就會給這些場合的涂層材料提出一定要求,即它只有具備耐磨性、耐久性和長效性,才能實現真正的實用價值。
基于此,最近賀軍輝和團隊提出一種三元協同的新策略,制備出一種類液氧化硅復合涂層。
圖 | 賀軍輝(來源:賀軍輝)
得益于外層全氟聚醚的潤滑屏蔽,這種涂層能夠承受 25 萬次機械磨損、1000 次的膠帶剝離和極端 pH 溶液的浸泡,徹底解決了傳統拒液表面在機械性能和性能穩定性方面的長期應用瓶頸。
其具有諸如防污、抗冰、耐腐蝕等多種功能,拓寬了減反拒液表面的應用范圍。預計若干年內在電子設備、太陽能電池、汽車、高鐵、飛機、船舶、住房建筑等領域將迎來重要的應用前景。
研究中,課題組通過中空氧化硅納米顆粒、全氟聚醚聚合物刷以及共價粘合劑硅酸四乙酯之間的協同作用造出了這種涂層,其兼具高透光率、優異的全疏性以及出色的耐久性。
與此前僅專注納米結構設計或分子設計的傳統單一策略不同的是,這項研究將兩者結合在一起,克服了高透與拒液兩種功能之間長期存在的矛盾。
(來源:Advanced Materials)
不僅實現了質的飛躍,也具有減反、防污、抗冰、耐腐蝕等功能。對于相關論文,一位審稿人評價道:“作者通過中空氧化硅納米顆粒和全氟聚醚復合,創制了新的具有優異性能和應用前景的多功能涂層。”
另一位審稿人評價稱:“作者通過納米結構設計和分子設計相結合,創制了高綜合功能涂層,不僅展示出高透光性能和優異的雙疏性能,還集成了抗污、抗冰、抗腐蝕的功能。涂層歷經劇烈處理后依然保持原有性能,展示前所未有的耐磨性、耐久性和長效性。”
日前,相關論文以《具有增強透明度、協同多功能和優異耐久性的高度綜合類液涂層的理性設計:三元協同策略》(Rational Design of Highly Comprehensive Liquid-Like Coatings with Enhanced Transparency, Concerted Multi-Function, and Excellent Durability: A Ternary Cooperative Strategy)為題發在 Advanced Materials[1],蘇煬是第一作者,賀軍輝擔任通訊作者。
圖 | 相關論文(來源:Advanced Materials)
雖然高綜合功能涂層具有廣闊而重要的應用前景,但要將眾多功能尤其相互沖突的功能集成到一起實屬不容易。
而耐摩擦性能、功能長效性等則是實際應用必須但又非常難以達到的要求,如大多數超疏水自清潔涂層的耐摩擦性能和功能長效性,都很難滿足實際應用的苛刻要求。
基于該研究,他們擬繼續開展一系列研究,包括進一步深入揭示納米結構和分子結構與涂層性能的內在關系,形成指導高綜合功能涂層設計的通用原則,并延伸到具有重要應用前景的多類高綜合功能涂層的研究。
短期內,課題組將重點考察這一技術在節能涂層等方面的應用,因為這方面的應用直接關乎碳達峰、碳中和全球戰略目標的達成。 |