核心突破

一項(xiàng)發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications, 2025）的研究提出了一種創(chuàng)新方法，通過(guò)將超短鏈全氟碳（單-CF?，毒性的PFAS）修飾到聚二甲基硅氧烷（PDMS）刷上，實(shí)現(xiàn)了可與短鏈PFAS媲美的優(yōu)異疏油性能，同時(shí)大幅降低了氟含量。該研究揭示了類液分子設(shè)計(jì)（而非鏈長(zhǎng)）是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)疏油性能的關(guān)鍵，為減少PFAS依賴提供了可行路徑。

研究背景
全氟烷基物質(zhì)（PFAS）因其出色的雙疏（疏水疏油）性能被廣泛用于各類涂層，但其環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)日益受到關(guān)注，長(zhǎng)鏈PFAS（≥C?）已被禁用，短鏈PFAS（C?, C?）也面臨嚴(yán)格限制。目前，鮮有替代材料能達(dá)到同等的疏油效果。

關(guān)鍵制備工藝中Harrick等離子清洗機(jī)的核心作用
本研究的成功實(shí)施，依賴于精確的表面預(yù)處理與活化步驟。Harrick等離子清洗機(jī)在其中扮演了至關(guān)重要的角色：

1. 硅片基底清洗：研究中使用Harrick PDC-002-HP型號(hào)等離子清洗機(jī)，在400 mTorr真空度、45 W射頻功率下，對(duì)硅片進(jìn)行2分鐘氧等離子體處理，清潔表面并提高其反應(yīng)活性，為后續(xù)PDMS刷的生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)。

2. PDMS刷表面活化：在制備CF?修飾的PDMS刷（CF?-fletched      PDMS brushes） 過(guò)程中，需要對(duì)已生成的PDMS刷進(jìn)行可控的表面活化，以產(chǎn)生可與CF?修飾劑反應(yīng)的硅醇（Si-OH）位點(diǎn)。該步驟同樣采用Harrick等離子清洗機(jī)，在約350 mTorr真空度、30 W射頻功率下，通過(guò)精確控制等離子處理時(shí)間（0-30秒），實(shí)現(xiàn)了對(duì)表面硅醇數(shù)量的調(diào)控，從而最終優(yōu)化了CF?的接枝量與表面的疏油性能。研究發(fā)現(xiàn)，15秒的等離子處理即可實(shí)現(xiàn)的疏油效果。

研究成果亮點(diǎn)

• CF?修飾的PDMS刷對(duì)低表面張力油類（如庚烷）表現(xiàn)出顯著的排斥性，其整體表面能（19.7      mJ/m2）接近C?和C? PFAS材料。

• 氟含量極低：其表面氟密度（~10 F/nm2）比單功能C? PFAS自組裝單層低8倍，比具有可比疏液性能的三功能C? PFAS表面低約40倍。

• 環(huán)境友好：該涂層最終降解產(chǎn)物主要為（TFA），其潛在環(huán)境影響遠(yuǎn)小于長(zhǎng)鏈及短鏈PFAS。

• 基材普適：該方法通過(guò)中間二氧化硅層，可成功應(yīng)用于聚酯、尼龍、鋁、不銹鋼網(wǎng)織物等多種材料。

結(jié)論與展望
本研究證實(shí)，通過(guò)合理的分子設(shè)計(jì)，無(wú)需全氟烷基長(zhǎng)鏈即可實(shí)現(xiàn)高效疏油。Harrick等離子清洗機(jī)提供的可控、高效的等離子表面活化方案，是實(shí)現(xiàn)這一創(chuàng)新材料可控制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)下一代可持續(xù)、高性能、低氟/無(wú)氟的雙疏涂層指明了方向，在紡織品、醫(yī)療、電子、熱管理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

Harrick Plasma — 為前沿表面科學(xué)與可持續(xù)材料創(chuàng)新提供可靠解決方案。