固體表面的特殊潤濕性是自然界中普遍存在的現(xiàn)象，因其在油水分離、防污和減阻等領域的潛在應用而備受關注。例如，受魚鱗、珍珠層和海藻等水下生物體的水下超疏油特性表面啟發(fā)，科研人員設計和制備了許多新型的水下超疏油界面材料。然而，對于水下超疏油材料而言，開發(fā)兼具高透明度和機械穩(wěn)定性能仍是目前面臨的挑戰(zhàn)，這限制了其在新興領域的應用。
天然珍珠層具有優(yōu)異的力學性能，且在很大程度上取決于生物礦化誘導的約含5%有機基質(zhì)和95%無機文石復合組分的層狀分級結構。從珍珠層中剝離的礦化薄膜在水下具有較高的透明度和穩(wěn)定的超疏油性能。此前，中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學中心研究員孟靖昕和溫州醫(yī)科大學教授王佰亮合作，報道了一種受珍珠層啟發(fā)的具有水下超疏油性能的仿生礦化膜（Advanced Materials, 2020, 32, 1907413，當期的卷首圖），并獲得中國專利授權。此外，科研人員在金屬表面（Langmuir, 2018, 34, 6063）和網(wǎng)格表面制備水下超疏油涂層，實現(xiàn)了高效的油水分離（Advanced Materials Interfaces, 2021, 8, 2100852）。
近日，該團隊在Nature Protocols上，以Nacre-inspired underwater superoleophobic films with high transparency and mechanical robustness為題，報道了可在水下使用的透明且堅固的超疏油薄膜的制備策略（圖1）。該薄膜由殼聚糖溶液在超親水基質(zhì)上的超鋪展并交聯(lián)形成凝膠層，而后通過仿生礦化而成。與傳統(tǒng)的基于水凝膠相比，該薄膜具有高表面能的有序的文石晶體和均勻分布的微/納米復合結構的結合，表現(xiàn)出更為優(yōu)異的機械性能和耐久性。同時，高透明度和機械穩(wěn)定性能的結合，進一步拓展了水下超疏油材料在新興領域的應用場景，如水下光學、油水分離、微流控設備。
研究工作得到中科院、國家自然科學基金等的支持。
圖1.基于超鋪展和仿生礦化制備仿珍珠層薄膜的示意圖
圖2.仿珍珠層礦化薄膜的結構表征
圖3.仿生礦化膜用于微流體通道中防油污染
（來源：理化技術研究所 ）