低表面能涂层材料因其特殊的润湿与润滑特性，在表面减阻防污、自清洁、防结冰方面具有重要的应用前景。近日，中国科学院兰州化学物理研究所周峰团队使用廉价易得的双端羟丙基硅油（HO-PDMS-OH），制备端位为乙氧基硅烷的聚硅氧烷分子，利用PDMS链的低表面能和高流动性，构筑有机-无机杂化的Loop型聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂层，赋予该涂层表面优异的拒液、防污、自润滑、延时结冰/结霜、防冰、防蜡等特性。相关成果以“Self-Lubricative Organic–Inorganic Hybrid Coating with Anti-Icing and Anti-Waxing Performances by Grafting Liquid-Like Polydimethylsiloxane”为题，发表在Advanced Materials Interfaces上。

图1. a) 有机-无机杂化涂层玻璃@硅溶胶@loop-like PDMS的制备过程，b)玻璃@硅溶胶@loop-like PDMS涂层的化学结构。

  低表面能聚二甲基硅氧烷（PDMS）赋予该涂层优异的液体排斥性及抗污性（图2）。多数有机液体均不能润湿玻璃@硅溶胶@loop-60000表面，呈现极小的滑动角；油性记号笔在涂层表面难以书写、油墨不连续，并且非常轻易用纸巾能够擦拭掉；3M胶带在玻璃@硅溶胶@loop-60000表面的平均剥离强度为33.85 N m^-1，仅为原始玻璃表面的1/8。

图2. a) 玻璃@硅溶胶@loop-60000表面上液滴的接触角和滑动角随表面张力的变化；b) 水、甲苯、咖啡、食用油在玻璃和玻璃@硅溶胶@loop-60000表面的自洁性能比较；c) 玻璃和玻璃@硅溶胶@loop-60000表面抗油墨测试；d) 3M胶带在玻璃和玻璃@硅溶胶@loop-60000表面的剥离强度对比。

  聚二甲基硅氧烷（PDMS）的Si-O-Si键具有较大的键角（≈143°）和链柔顺性，使玻璃@硅溶胶@loop-60000表面具有“类液体”自润滑效果。为了证实该涂层的类液体的自润滑特性，系列对比试验：在空白玻璃、修饰刚性分子十八烷基三乙氧基硅烷和全氟癸基三乙氧基硅烷表面进行了受控的除冰/蜡实验（图3a-b）。不同试样的除冰力曲线表明：在空白玻璃和刚性链表面，剪切力增加到一定程度后冰块和蜡块从其表面断裂，在剪切力曲线上表现为剪切力急剧增加后消失；而玻璃@硅溶胶@loop-60000表面具有低剪切力且允许冰或石蜡在其表面保持滑动状态。冰上摩擦系数同样证实玻璃@硅溶胶@loop-60000表面在冰面上的摩擦系数最小（图3c-e, ~0.017），具有优异的自润滑效果。

图3. a)玻璃、玻璃@硅溶胶@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@全氟癸基三乙氧基硅烷和玻璃@硅溶胶@loop-60000表面的除冰剪切力曲线；b)玻璃、玻璃@硅溶胶@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@全氟癸基三乙氧基硅烷和玻璃@硅溶胶@loop-60000表面的除冰过程示意图；c)玻璃、玻璃@硅溶胶@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@全氟癸基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@loop-60000修饰玻璃球的光学照片；d)冰上摩擦系数测试装置示意图；e)玻璃、玻璃@硅溶胶@十八烷基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@全氟癸基三乙氧基硅烷、玻璃@硅溶胶@loop-60000在冰面上的摩擦系数曲线

  论文第一作者为硕士研究生郝晓晴，通讯作者为中科院兰化所吴杨研究员及齐鲁工业大学刘钦泽教授，该工作也得到UCLA贺曦敏教授的指导和帮助。该工作得到了基金委、甘肃省及研究所等基金项目的支持。

  近期，团队在有机-无机杂化自润滑功能涂层取得系列进展。团队成员将传统润滑剂大分子通过化学键锚固于光滑表面，制备“刷”状聚硅氧烷（Prog. Org. Coat., 2021, 154, 106171）和全氟聚醚（ACS Appl. Mater. Interfaces，2021, 13, 14562）自润滑涂层，并通过摩擦学手段证实无机中间层对涂层耐磨性能的提升（Langmuir,2022, 38, 2832-2839.）。将传统ATRP引发剂引入到无机中间层中，发展了一种Persistent Initiation Coating（PIC）材料，克服传统引发剂层特定基材选择性、制备工艺复杂、耐磨性差、不可重复引发等缺点，实现各种基材大面积涂覆与功能化（Angew. Chem. Inter. Edit. 2022, e202204410）；制备聚硅氧烷-阳离子两亲性自润滑涂层，实现涂层表面多重功能的环境适应性（ACS Appl. Mater. Interfaces,2022, 14, 18901-18909）等。

  论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admi.202200160