同时具有两种对立特性的仿生纳米涂层

德国基尔大学的材料科学家合成了力学上同时具有硬性和软性的纳米级梯度共聚物。这种材料可以用于制备传感器和MEMS设备上的薄膜聚合物涂层，还可以应用于飞机和玻璃前板上，从而使玻璃表面更容易除冰。薄膜聚合物涂层也可应用于将机械过程转移到纳米级的分子器件中的其他一些应用。

在自然界中，材料同时具有对立的两种属性是十分常见的，例如人眼和贻贝。对于贝壳来说，壳内部的软组织帮助动物体附着在坚硬的表面上，从而不会被水流冲走。贝类生物与贝壳之间形成了蛋白质弹性粘合线，蛋白质组合从一端到另一端均匀变化，两端的弹性也逐渐变化，在端点处最硬。

研究人员受到了自然界生物体的启发，他们将两种具有不同特性的材料在纳米级进行了组合，来开发梯度薄膜集合。该团队使用了聚四氟乙烯，特氟隆，以及聚合物pV3D3。特氟龙具有疏水性和不粘特性，难以依附其他物体的表面，而pV3D3则具有很强的粘合性。研究结果证明了这几种材料之间的结合非常牢固，而且不会损害任何一种材料的特性，从而实现了上表面具有疏水性和下层具有强粘合力的涂层。

在聚合物涂层生长方面，研究人员发展了现有的沉积技术，即化学气相沉积（iCVD），以在基底上生长着中聚合物纳米涂层。实验将两种聚合物在纳米尺度上连接在一起。研究人员首先使用iCVD工艺制备了一个薄的聚合物层，然后同时将两个聚合物逐渐结合在一起。即先制备单体，之后提高制备特氟龙薄膜的原材料浓度。最终形成了从纯pV3D3聚合物过渡到了纯特氟龙的聚合物薄膜。其中，不同材料的过渡层，也就是聚合物梯度的厚度约为21 nm。这种仅为几纳米薄的涂层可以避免免损害传感器窗口或透镜的光学特性。

扫描电子显微镜图像，红色到蓝色的过渡为材料从pV3D3到特氟隆（PTFE）的转变。

该研究（www.doi.org/10.1016/j.mattod.2020.02.004）的下一步计划是与涂层和空调技术行业进行合作研究。