华南理工大学AFM：“破镜重圆”−自修复柔性硬质水性抗粘附涂层

随着柔性电子、海洋工业、民用建筑的应用需求与日俱增，兼具自修复、高透明、高硬度、高柔韧性的抗粘附涂层受到学界和业界的广泛关注。例如：对于柔性显示设备，它需要具备较高的耐磨性和柔韧性以便能够适应频繁的弯曲和磨损，还需要具备优异的光学透过性和防液体粘附功能，而具有自修复的“柔性硬质”材料，能够更好地延长材料的使用寿命。然而，现有抗粘附涂层面临“硬度−柔韧性−自修复”三者相互制约的挑战，极大地限制了该领域的发展。通过有机-无机杂化将高硬度的无机相与柔韧的有机相在分子水平上结合, 可有效解决涂层的柔性与硬度很难同时兼顾的问题。然而，当前大部分柔性硬质涂层是由不可逆共价键组成的高度交联网络，分子链运动能力差且键能较强，使得自修复很难发生。实际上，让柔性硬质材料具备自修复性极具挑战，其难度堪比“破镜重圆”。

针对上述问题，华南理工大学李文波副研究员与马春风教授合作提出了一种新型多层级动态键协同策略，成功制备了一种自修复柔性硬质水性抗粘附涂层。在该体系中，采用铝-氨基配位反应将两种氨基低聚硅氧烷纳米团簇(一种作为抗粘附功能，另一种作为氢键供体)，通过多层级动态交联协同形成高度交联涂层。其中，弱相互作用的多级氢键确保了体系内有足够的自由体积，从而增强能量耗散并赋予涂层高柔韧性；而强相互作用的金属配位键则能够提高涂层的硬度。这些动态键在分子水平上的协同整合有效地克服了硬度和柔韧性之间的矛盾。特别是，由于高密度的动态键与体系内低聚硅氧烷无规结构的独特结合，使涂层具有优异的自修复能力。所制备的涂层具有高达99.95%的自修复效率，同时具有高硬度 (9H)、高柔韧性 (2 mm 弯曲半径) 和高透明度 (>99% 透光率)。此外，PDMS的加入使得涂层具有优异的抗粘附性能。更重要的是，该涂料完全水性化，符合环境可持续发展的要求。

图1.多层级动态键协同策略制备自修复柔性硬质水性抗粘附涂层

图2.涂层的自修复效率以及修复前后的机械性能

图3.涂层的自清洁、抗液体粘附、防涂鸦、防指纹功能

综上所述，该工作巧妙利用多层级动态键协同策略，有效地克服了硬度、柔韧性和动态性能之间的“相互制约”难题，开发了一种兼具自修复、高透明、高硬度、高柔韧性、高耐磨以及抗粘附等多功能于一体的环保型水性涂层。相关工作以“ Superior Hard yet Flexible, Highly Transparent, and Scratch-Repairable Waterborne Antiadhesive Coatings Enabled by Multi-Magnitude Dynamic Bonds Synergy Strategy” 为题发表在 Advanced Functional Materials上。华南理工大学硕士研究生尤天龙为本文第一作者，李文波副研究员与马春风教授为本文通讯作者。

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202420562

来源：高分子科学前沿

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