科研進展
蘭州化物所高穩(wěn)定超疏液涂層研究取得重要進展
超疏液表面因其獨特的潤濕特性，在防污、防腐、防結(jié)冰、流體減阻等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。長期以來，研究人員受荷葉微-納結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過多種物理與化學方法構(gòu)筑了大量超疏液表面。然而，其實際應(yīng)用始終受到耐壓性不足、機械穩(wěn)定性較差及耐候性有限等關(guān)鍵問題的制約。
針對上述瓶頸，中國科學院蘭州化學物理研究所資源化學與能源材料研究中心硅基功能材料課題組持續(xù)開展系統(tǒng)性研究，圍繞超疏液涂層的共性科學問題與工程化應(yīng)用需求，致力于實現(xiàn)高性能超疏液涂層的構(gòu)筑與規(guī)?；苽洹Ｔ谇捌谘芯炕A(chǔ)上（Science Adv 2023, 9, eadj1554、Nature Commun 2023, 14, 2862、Nature Commun 2024, 15, 9610、Superamphiphobic Surfaces: Fabrication, Characterization, andApplications, Wiley, 2025），研究團隊近期報道了具有自相似結(jié)構(gòu)的耐壓穩(wěn)定超雙疏涂層，通過連續(xù)流動涂覆技術(shù)實現(xiàn)了管道內(nèi)穩(wěn)定超雙疏涂層制備，系統(tǒng)總結(jié)了粘結(jié)劑在穩(wěn)定超疏液涂層中的作用（Mater Horiz 2026, 13, 3827、Mater Horiz 2026, doi.org/10.1039/D6MH00200E、Chem Sci 2025, 16, 19048）。
近日，該團隊進一步取得重要進展。通過定量分析超疏液涂層表觀接觸角、毛細壓力、彎曲應(yīng)力及穩(wěn)定性指數(shù)之間的耦合關(guān)系，提出了一種全新的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計框架——疏液互聯(lián)緊密堆積（Lyophobic Interconnected Close-Packed）納米結(jié)構(gòu)，并將其命名為LICP納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，將LICP納米結(jié)構(gòu)的特征尺寸和間距縮小至納米尺度并保持適當比例，可顯著提升超疏液涂層的耐壓性和機械穩(wěn)定性?；谶@一設(shè)計原則，團隊采用二氧化硅等常見原材料構(gòu)筑出LICP納米結(jié)構(gòu)超疏液涂層。實驗結(jié)果表明，該涂層在極端條件下仍能保持穩(wěn)定的Cassie–Baxter狀態(tài)，包括6MPa靜水壓、60.1ms-1高速水流沖擊及1.1萬次Taber摩擦測試，同時展現(xiàn)出優(yōu)異的化學穩(wěn)定性與長期耐候性（>3年）。更重要的是，該研究實現(xiàn)了LICP結(jié)構(gòu)超疏液涂層的規(guī)?；苽?、多功能集成及應(yīng)用，并從結(jié)構(gòu)設(shè)計層面剔除了傳統(tǒng)微米結(jié)構(gòu)的必要性，為高穩(wěn)定超疏液涂層的理性設(shè)計提供了新的理論框架與實現(xiàn)路徑。
相關(guān)研究成果以“A Predictive DesignFramework for Ultrarobust Superhydrophobic Coatings Based on LyophobicInterconnected Close-Packed Nanostructures”為題發(fā)表在J Am Chem Soc,2026, doi.org/10.1021/jacs.5c21154上。蘭州化物所李步成副研究員、魏晉飛博士后為該論文共同第一作者，張俊平研究員為通訊作者。
上述研究工作得到了國家自然科學基金、甘肅省拔尖領(lǐng)軍人才、甘肅省區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、甘肅省自然科學基金、蘭州化物所“十五五”重點培育等項目的支持。
圖1. LICP納米結(jié)構(gòu)超疏液涂層的耐壓、耐磨機理圖
