这不只是一卷胶带，这是高科技

胶带，每个家庭和办公室几乎都有，很多人都用过，朴实无华，与“高科技”的高冷格调貌似不怎么搭。那么，如何才能成功地让一卷胶带华丽变身为“高科技”呢？美国科罗拉多州立大学的Arun K. Kota教授最近的办法很成功，他的课题组把胶带和材料科学研究的宠儿——超疏液表面（superomniphobic surfaces）结合起来，制出了一种超疏液胶带。先不提科技含量高低，上一个动图，震颤一下。

十二烷在超疏液胶带表面跳动。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

超疏液表面号称“憎恶”一切液体，同时排斥极性和非极性的液体（水、醇类、油类），在材料科学中可谓红遍大江南北，从荷叶表面到自清洁玻璃，从水汽收集到油水分离，常年盘踞在材料科学各大主流期刊之上。通常来说，超疏液表面上，液体在表面的接触角大于150º，且滚动角小于10º。构建超疏液表面有两大原则：低固体表面能（通常小于15 mN/m）和微纳复合结构。基于上述原则及构建原理，科学家们发展了一系列具有低表面能及微观粗糙结构的超疏液表面。不过构建这样的表面往往需要相对复杂的工艺（比如蚀刻、沉积、喷涂等），需要价值不菲的仪器以及经过专业训练的技术人员，距离大规模实际应用有着不小的距离。Kota教授和本文的共同第一作者Hamed Vahabi、Wei Wang等人希望改变这一状况，他们从大规模制备超疏液自支撑膜的角度入手，成功制备了方便易用的超疏液胶带。这种胶带使用起来就像透明胶一样简单，可以贴在各种材料的表面，普通人也可以根据需要创造出自己的超疏液表面。（Free-Standing, Flexible, Superomniphobic Films. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 21962-21967, DOI: 10.1021/acsami.6b06333）

超疏液自支撑膜的制备过程（a），以及一些参数对其性能的影响（b、c）。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

除了使用简单，这种超疏液胶带的关键——超疏液自支撑膜的制备也非常简单。首先，在玻璃或其他基底上涂一层水溶性的牺牲层，其成分为聚苯乙烯磺酸钠（PSS），然后在表面涂覆一层聚氨酯（PU），再涂覆一层氟化的SiO₂纳米粒子，最后用水去掉牺牲层得到超疏液自支撑膜。PU涂层在这里起到支撑并粘合纳米粒子的作用。这样制备得到的材料表面能约为10 mN/m左右。从微观结构上看，纳米粒聚集体能够形成尺度为10-50 µm的粗糙结构，而纳米粒子自身尺度为10 nm左右，因此低表面能与微纳复合结构赋予了涂层优异的超疏液性能。从制备工艺的角度上看，能够用于调节涂层性能的因素有两个：一是SiO₂纳米粒子的硅烷化时间（用氟硅烷功能化SiO₂纳米粒子的时间），二是纳米粒子在表面的覆盖密度。实验表明，硅烷化的时间在3天以上为宜，而表面纳米粒子的覆盖密度则为1.0 mg/cm²。

超疏液膜的SEM图像（a）以及表面上的多种液滴（c）。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

根据Cassie-Baxter模型，上述表面对于表面能在25.3 mN/m的液体均表现出较好的超疏液性质（上图c）。由于PU层为超疏液表面提供了良好的柔性与力学支撑，只要在PU的另一面涂上粘合剂，就可以制备成超疏液的胶带（下图a）！

超疏液胶带（a）、其防腐蚀性能（b）。图片来源：ACS Appl. Mater. Interfaces

超疏液性质赋予了胶带许多独特的性能。比如，将超疏液的胶带黏附在铝片表面，再将其浸入浓硫酸中，与直接贴PU层的铝片相比，贴有超疏液胶带的铝片具有更好的抗氧化性（上图b），这是由于超疏液涂层能够在材料表面形成一层气膜作为保护层，防止液体浸入材料内部。另一方面，超疏液薄膜能够在水面负载远大于其质量的物体（上图d），这是由于材料在界面处较大的表面张力所决定的。

总之，这种简便、可大规模制备的超疏液胶带让我们看到了这类材料的商品化潜力。当然，这个领域依旧还面临着许多不小的挑战，比如，上述涂层的制备周期相对过长，超疏液材料的耐磨性相对较差等等。不过，已经有研究分别着手解决上述问题，未来只要将不同的研究内容整合，再辅以工程学的思路，相信在不久的将来这种超疏液产品将会摆上货架。

（小编不禁畅想，这种胶带封装的快递包裹，下雨下雪的时候应该不再会进水了吧~~）

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.6b06333

（本文由YHC供稿）