近日，杭州师范大学汤龙程研究员团队报道了一种超快速火焰处理方法，精确控制柔性硅泡沫材料的表面微/纳结构，实现材料表面的超疏水性质，并保持其优异的机械稳定性，且具有快速可修复特性。相关研究成果以“Ultrafast Flame-Induced Pyrolysis of Poly(dimethylsiloxane) Foam Materials toward Exceptional Superhydrophobic Surfaces and Reliable Mechanical Robustness”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》(2021, 13, 23161-23172; IF: 9.229)。

轻质高弹且表面超疏水的聚合物泡沫在可穿戴电子、吸收与分离、组织工程等领域具有广阔的应用前景。然而，在刚性基底可以构筑出稳定的超疏水涂层，但该方法通常难以适用于软性基底，特别是聚合物泡沫材料。这些超疏水涂层通常极为脆弱的，在局部高应力下很难承受严重/大变形，使涂层结构变得不稳定，甚至发生破坏。此外，其他一些策略如模版法、3D打印等常需要特殊设备或使用有毒溶剂等，且大多数方法仍需要复杂步骤（如高温处理、离心、真空和模板移除等），限制了其实际应用。因此，开发一种简便、快速、绿色的方法来制备具有卓越机械性能和表面超疏水的轻质聚合物泡沫材料仍是一个重要挑战。

最近，汤龙程研究员团队设计和发展了一种简单、快速、环境友好的火焰诱导热解(FIP)策略，在聚二甲基硅氧烷(PDMS)泡沫上制造机械坚固和超疏水表面。值得注意的是，只需1 ~ 6 s的超快FIP过程就可以在硅橡胶泡沫（SiRF）材料表面构筑出坚固的特殊波纹状微/纳粗糙结构，实现表面超疏水特性，并能够保持结构稳定性。此外，这类超疏水高弹性SiRF材料的制备仅需3分钟即可完成，满足大尺寸制备（如3s可制备15mm长度），并且可根据需要将样品切割成各种大小和形状，满足特定的实际需求。

超疏水SiRF材料的绿色快速制备工艺及其表面结构形成机制

通过简单地改变火焰扫描速度(2.5-15.0 cm/s)可以调节PDMS分子的热裂解度，在SiRF骨架上构建出稳定可靠的微波状微/纳结构。结果显示：未经处理的SiRF样品表面光滑，其水接触角(WCA) 为118°和水滚动角(WSA) >90°，疏水性能不够不理想；相较而言，对SiRF样品进行3 s的火焰处理，在骨架表面上形成波纹状的二氧化硅微/纳粗糙结构，实现稳固的超疏水表面(WCA> 155°，WSA< 5°)，在20次循环摩擦磨损后仍具有良好的超疏水性质。另外，如果继续增加火焰处理时间可以进一步提高表面疏水性能，但同时也会导致泡孔结构破坏，其表面疏水结构也呈现不稳定的特点。

不同时间FIP处理的硅泡沫材料的典型扫描电镜图像和表面水接触角和滑动角

研究发现：在60%应变的压缩、100%应变的拉伸、90°弯曲的100次循环以及恶劣环境条件(包括酸/盐/碱条件、高/低温、紫外线老化和严酷的循环磨损)处理后，超快FIP工艺（～3 s）制得的硅泡沫材料仍能保持可靠的力学性能和卓越的疏水性能。可见，FIP方法为制造和开发力学可靠且表面超疏水的硅泡沫材料提供了一种简易的策略，克服了软质泡沫材料基底上超疏水涂层普遍存在力学可靠性和表面超疏水性之间相互排斥的难题。

不同变形模式下SiRF-FT-3s样品的机械性能和防水性

课题组高级实验师张国栋、硕士研究生吴志豪和夏乔琦为文章并列第一作者，汤龙程研究员为文章的通讯作者。研究工作获得国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和杭州市科技计划项目等的联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c03272

人物简介：

    汤龙程，工学博士，研究员。长期从事氟硅高分子材料的设计、合成及其纳米复合材料力学/阻燃/隔热行为等基础与应用研究。现为中国复合材料学会会员、微纳米复合材料和导热复合材料专业委员会委员。已在ACS Nano、Chem Eng J、J Mater Chem A、Compos Sci Technol等学术期刊上发表高水平论文70多篇，出版英文专著章节3篇。论文总被引5400多次（Google学术），其中1篇论文最高被引达862次，另有2篇被引>400次、2篇被引>200次、7篇被引>100次；先后12篇被选为ISI-ESI高被引论文，1篇获2017年度Compos Part A杂志高被引论文奖。入选2019英国皇家化学会（RSC）材料类期刊 “Top1%高被引中国作者”，并获2017年度Elsevier出版社和Compos Part A杂志联合颁布的Editor’s Top Reviewer Award。担任Nanomaterials、Polymers、Frontiers in Materials等杂志编委（Review Editor）以及Nano Materials Science的Guest Editor。主持和参与了国家自然科学基金、浙江省重大科技专项、浙江省自然科学基金和企业横向项目等30余项；获授权国家发明专利近40项，部分技术已在合作企业应用转化。已指导研究生多次获得浙江省优秀硕士学位论文、浙江省优秀毕业生、浙江省专业学位研究生优秀实践成果等奖项。