會“流汗”的光敏仿生涂層

需要增透減反技術可以聯(lián)系我們上海工廠18917106313

上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務。

提到涂層，大家往往會想起家庭裝修時用到的墻漆或者艦船的防銹漆。的確，涂層*初的作用大多是在物體表面形成穩(wěn)定、連續(xù)、致密的膜層，從而實現(xiàn)保護功能。隨著人類社會的快速發(fā)展，對于涂層的功能也提出了更多、更高的要求。自然界中，人類的皮膚能夠排放汗液調(diào)節(jié)體溫，諸多兩棲動物的皮膚表面還能夠分泌不同的粘液以自我保護，有些植物的外皮在劃傷后也能分泌液體促進組織修復。道法自然，模擬這些自然界的“老師”構(gòu)筑各種仿生功能性涂層或是刺激響應性涂層，已成為當前涂層領域的研究前沿問題。目前，海洋防污涂層、防冰涂層等領域基于小分子有機潤滑劑（犧牲劑）的緩慢釋放，能夠有效實現(xiàn)低黏附表面的構(gòu)筑。但是，如何實現(xiàn)涂層表面液體的可逆釋放/吸收以及**局部表面性質(zhì)調(diào)控，仍然是一項挑戰(zhàn)性工作。

近日，荷蘭埃因霍芬理工大學的Dirk J. Broer教授研究團隊通過含偶氮聚合物液晶體系摻雜小分子化合物（8CB）構(gòu)筑了具有垂直有序近晶相序列結(jié)構(gòu)的海綿狀液晶網(wǎng)絡（liquid crystal network，LCN）光響應性涂層?；隗w系中偶氮苯基團光誘導可逆快速順反異構(gòu)調(diào)控體系有序參數(shù)，從而實現(xiàn)LCN體系體積的大幅度收縮/恢復，進而實現(xiàn)體系內(nèi)液體（8CB）的控制釋放/吸收。同時，涂層表面基于液體可控釋放能夠賦予涂層表面粘附性的可逆調(diào)控性以及借助選區(qū)曝光能夠?qū)崿F(xiàn)涂層表面局部性能調(diào)控。

海綿狀LCN涂層光調(diào)控工作原理示意圖。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

8CB是惰性的兩親性液晶分子（下圖a），具有適中的粘度。在聚合體系存在小分子8CB的情況下，含偶氮丙烯酸酯類單體仍能夠?qū)崿F(xiàn)完整交聯(lián)體系的構(gòu)筑，同時8CB分子的存在利于液晶聚合物體系近晶相垂直方向的有序排列。在*終形成的LCN體系中，含偶氮液晶聚合物體系與8CB摻雜劑為不完全的相分離狀態(tài)。當采用己烷將體系中的8CB組分提取分離后，在LCN體系膜表面和底部會生產(chǎn)微米級孔，證明其存在相分離膜結(jié)構(gòu)。

海綿狀LCN涂層其體系組成。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

當對體系進行紫外光（365 nm）輻照時，體系中偶氮苯基團發(fā)生從反式到順式的異構(gòu)化轉(zhuǎn)變，進而引起液晶基元有序參數(shù)的降低，從而導致LCN膜垂直方向的收縮。液晶體系膜收縮使得內(nèi)部存儲的8CB液體被“擠”到涂層表面，進一步延長紫外光照時間液滴能夠融合形成連續(xù)的潤濕膜層。紫外光照前后膜橫截面SEM測試表明其光照過程中在縱向產(chǎn)生了明顯的收縮（膜變薄了）。當暴露于455 nm光下時，偶氮苯基團再異構(gòu)化恢復到其初始反式異構(gòu)體，并且液體層被海綿狀涂層完全重新吸收。

光調(diào)控LCN體系中8CB液體的釋放。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

同時，研究人員發(fā)現(xiàn)在膜的表面和側(cè)面都存在8CB液體的釋放，因此研究團隊通過構(gòu)筑圖案化膜表面觀察其液體的釋放情況。當微圖案結(jié)構(gòu)間距p＞100 μm時，體系以表面液滴釋放優(yōu)先，而當p＜15 μm時，體系以膜側(cè)面優(yōu)先釋放液體為主。

圖案化膜表面液滴釋放情況考察。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

該海綿狀LCN具有較快的液體釋放速率（＜10 s），這與體系中偶氮苯基團的順反異構(gòu)速率相對應。同時，基于調(diào)節(jié)體系內(nèi)8CB分子的摻雜量能夠?qū)崿F(xiàn)體系垂直方向不同收縮度的調(diào)控。

體系中偶氮苯順反異構(gòu)化測試及體系宏觀收縮率調(diào)控。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

此外，實際應用測試表明，通過海綿狀光響應性體系中儲存液體的控制釋放和可逆吸收產(chǎn)生的毛細作用力和潤滑層，能夠?qū)崿F(xiàn)其體系表面摩擦力和粘附力的**調(diào)控。同時，基于外界刺激-光的遠程、實時等獨有特性，該體系表面粘附力等表面性能能夠?qū)崿F(xiàn)局部、**實時調(diào)控，具有廣闊的應用前景。

基于光誘導調(diào)控涂層表面摩擦/黏附性。圖片來源：Adv. Funct. Mater.

總結(jié)

Dirk Broer教授團隊基于含偶氮液晶交聯(lián)海綿狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的巧妙設計，通過偶氮苯基元的順反異構(gòu)化觸發(fā)體系垂直方向的收縮/恢復，實現(xiàn)了體系內(nèi)儲存液體的可控釋放和可逆吸收，進而實現(xiàn)體系涂層表面摩擦力和粘附性的**調(diào)控。通過改變體系內(nèi)預儲存液體種類，該研究成果能夠進一步拓展其涂層表面性質(zhì)的調(diào)控范圍和應用范圍。該論文其研究方法和思路在**可控釋放、微流體反應器和自清潔涂層等應用領域具有極大的開發(fā)潛力。

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