材料科学家创造出迄今为止最防水的表面

憎水类液体表面是一种新型的拒液表面，与传统方法相比，它具有许多技术优势。它们具有高度流动性的分子层，但通过共价键连接到基材上，使固体表面具有类似液体的品质，就像水滴和表面本身之间的润滑剂层一样。在新的研究中，阿尔托大学领导的科学家团队使用专门设计的反应器在硅表面上创建了一层类似液体的分子层，称为自组装单分子层。

抗润湿性是表面排斥液体的能力，对于日常生活和工业的许多方面至关重要。

能够被动去除液体的先进防润湿表面因其在防污、防冰、减阻、膜分离和增强传热方面的潜在应用而引起了越来越多的兴趣。

受生物表面的启发，并受益于纳米加工技术的进步，自20世纪90年代以来，人们开发了大量先进的疏液表面，包括空气介导的超疏水表面(SHPS)、超疏油表面(SOPS)和液体介导的滑润表面——注入多孔表面(SLIPS)。

空气介导的防液表面(例如 SHPS 和 SOPS)依靠表面结构中的截留空气层来排斥液体。

空气层的稳定捕获通常需要低表面能表面化学和特定表面结构的结合，例如SHPS的分层微/纳米结构或SOPS的凹入结构。

随着空气介导表面和液体介导表面的进展，一个新的研究领域蓬勃发展：通过将高度柔性的聚合物刷或烷基单分子层共价接枝到光滑的固体表面上来开发全憎液体表面。

阿尔托大学博士研究员萨卡里·莱皮科 (Sakari Lepikko) 表示：“我们的工作是首次直接在纳米水平上创建分子异质表面。”

“通过仔细调整反应器内的温度和水含量等条件，我们可以微调单层覆盖的硅表面的面积。”

“我发现非常令人兴奋的是，通过将反应器与椭偏仪集成，我们可以观察自组装单分子层(SAM)以非凡的细节水平生长。”

“结果显示，当 SAM 覆盖率较低或较高时，表面会更加光滑，这也是表面最均匀的情况。”

“在低覆盖率时，硅表面是最普遍的成分，而在高覆盖率时，SAM 是最普遍的成分。”

“即使是低覆盖率也会产生异常光滑的现象，这是违反直觉的。”

在低覆盖率下，水会在表面形成一层薄膜，这被认为会增加摩擦力。

“我们发现，相反，水在低 SAM 覆盖率下在 SAM 分子之间自由流动，从表面滑落，”Lepikko 说。

“当 SAM 覆盖范围较高时，水会停留在 SAM 顶部并同样容易滑落。”

“只有在这两种状态之间，水才会粘附在 SAM 上并粘附在表面。”

事实证明，这种新方法非常有效，因为该团队创造了世界上最光滑的液体表面。

“管道传热、除冰和防雾等都是潜在的用途，”莱皮科说。

“它还将有助于微流体技术，其中微小的液滴需要平滑地移动，并有助于创建自清洁表面。”

“我们违反直觉的机制是一种在任何需要的地方增加液滴流动性的新方法。”

该团队现在计划继续试验他们的自组装单层设置并改进层本身。

“SAM 涂层的主要问题是它非常薄，因此在物理接触后很容易分散，”Lepikko 说。

“但是研究它们为我们提供了基础科学知识，我们可以用它们来创建持久的实际应用。”

该团队的工作今天发表在《自然化学》杂志上。