據(jù)外媒報道，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）和印度理工學院古瓦哈提分校（IITG）的團隊開發(fā)出幾乎完全排斥水滴的表面材料。研究人員采用完全創(chuàng)新工藝，通過接枝烴鏈來改變金屬有機框架（MOF，具有新穎性能的人工設計材料），從而產(chǎn)生超疏水（極度防水）特性。這對于需要抵抗環(huán)境影響的自清潔表面非常有用，例如汽車或建筑應用。

（圖片來源：卡爾斯魯厄理工學院）

MOF（金屬有機框架）由金屬和有機連接子（linkers）組成，從而形成類似海綿的空孔網(wǎng)絡。展開兩克MOF可以產(chǎn)生一個足球場的面積，這種體積特性使其成為氣體儲存、二氧化碳分離或創(chuàng)新醫(yī)療技術等應用中的有趣材料。這些晶體材料暴露出來的外表面也具有獨特的特征，研究團隊通過將烴類鏈接枝到MOF薄膜上來利用這些特征。

研究人員觀察到水接觸角超過160度（水滴表面與基材形成的角度越大，材料的疏水性能越好）。KIT功能界面研究所（Institute of Functional Interfaces）教授Christof Wöll表示：“通過這種方法，我們能夠實現(xiàn)超疏水表面，其接觸角明顯高于其他光滑表面和涂層。盡管之前已經(jīng)探索過MOF粉末顆粒的潤濕性能（wetting properties），但將單片式MOF薄膜用于這一目的是一個開創(chuàng)性概念。”

下一代“超疏水”材料

該團隊將這些結果歸功于MOF上烴鏈的刷狀排列（聚合物刷）。在被接枝到MOF材料上后，它們往往會形成“線圈（coils）”，這是一種被稱為“高熵態(tài)”的無序狀態(tài)，對其疏水特性十分重要。研究人員認為，這種接枝烴鏈狀態(tài)在其他材料上是觀察不到的。

值得一提的是，當用全氟烴鏈進行接枝時，即用氟取代氫原子，水接觸角不會增加。在特氟龍（Teflon）等材料中，全氟化可以帶來超疏水特性。然而，如同該團隊的發(fā)現(xiàn)，在新開發(fā)的材料中，它明顯降低了水接觸角。計算機模擬進一步分析證實，與烴鏈相反，全氟化分子無法呈現(xiàn)能量有利的高熵狀態(tài)。

此外，研究人員在納米范圍內改變SAM@SURMOF系統(tǒng)的表面粗糙度，從而進一步降低水粘附強度。即使傾斜角非常小，水滴也會開始滾動，它們的疏水性能和自清洗性能明顯提升。

IITG化學系教授Uttam Manna表示：“這項工作中還包括詳細的理論分析，將在實驗中出現(xiàn)的意外行為與接枝到MOF薄膜上的分子的高熵狀態(tài)聯(lián)系起來。這項研究將改變具有最佳疏水性的下一代材料的設計和生產(chǎn)。”