固體表面的特殊潤濕性是自然界中普遍存在的現(xiàn)象，因其在油水分離、防污和減阻等領域的潛在應用而備受關(guān)注。例如，受魚鱗、珍珠層和海藻等水下生物體的水下超疏油特性表面啟發(fā)，科研人員設計和制備了許多新型的水下超疏油界面材料。然而，對于水下超疏油材料而言，開發(fā)兼具高透明度和機械穩(wěn)定性能仍是目前面臨的挑戰(zhàn)，這限制了其在新興領域的應用。
天然珍珠層具有優(yōu)異的力學性能，且在很大程度上取決于生物礦化誘導的約含5%有機基質(zhì)和95%無機文石復合組分的層狀分級結(jié)構(gòu)。從珍珠層中剝離的礦化薄膜在水下具有較高的透明度和穩(wěn)定的超疏油性能。此前，中國科學院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學中心研究員孟靖昕和溫州醫(yī)科大學教授王佰亮合作，報道了一種受珍珠層啟發(fā)的具有水下超疏油性能的仿生礦化膜（Advanced Materials, 2020, 32, 1907413，當期的卷首圖），并獲得中國專利授權(quán)。此外，科研人員在金屬表面（Langmuir, 2018, 34, 6063）和網(wǎng)格表面制備水下超疏油涂層，實現(xiàn)了高效的油水分離（Advanced Materials Interfaces, 2021, 8, 2100852）。
近日，該團隊在Nature Protocols上，以Nacre-inspired underwater superoleophobic films with high transparency and mechanical robustness為題，報道了可在水下使用的透明且堅固的超疏油薄膜的制備策略（圖1）。該薄膜由殼聚糖溶液在超親水基質(zhì)上的超鋪展并交聯(lián)形成凝膠層，而后通過仿生礦化而成。與傳統(tǒng)的基于水凝膠相比，該薄膜具有高表面能的有序的文石晶體和均勻分布的微/納米復合結(jié)構(gòu)的結(jié)合，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的機械性能和耐久性。同時，高透明度和機械穩(wěn)定性能的結(jié)合，進一步拓展了水下超疏油材料在新興領域的應用場景，如水下光學、油水分離、微流控設備。
研究工作得到中科院、國家自然科學基金等的支持。
圖1.基于超鋪展和仿生礦化制備仿珍珠層薄膜的示意圖
圖2.仿珍珠層礦化薄膜的結(jié)構(gòu)表征
圖3.仿生礦化膜用于微流體通道中防油污染
（來源：理化技術(shù)研究所 ）