据外媒报道，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）和印度理工学院古瓦哈提分校（IITG）的团队开发出几乎完全排斥水滴的表面材料。研究人员采用完全创新工艺，通过接枝烃链来改变金属有机框架（MOF，具有新颖性能的人工设计材料），从而产生超疏水（极度防水）特性。这对于需要抵抗环境影响的自清洁表面非常有用，例如汽车或建筑应用。
（图片来源：卡尔斯鲁厄理工学院）
MOF（金属有机框架）由金属和有机连接子（linkers）组成，从而形成类似海绵的空孔网络。展开两克MOF可以产生一个足球场的面积，这种体积特性使其成为气体储存、二氧化碳分离或创新医疗技术等应用中的有趣材料。这些晶体材料暴露出来的外表面也具有独特的特征，研究团队通过将烃类链接枝到MOF薄膜上来利用这些特征。
研究人员观察到水接触角超过160度（水滴表面与基材形成的角度越大，材料的疏水性能越好）。KIT功能界面研究所（Institute of Functional Interfaces）教授Christof Wöll表示：“通过这种方法，我们能够实现超疏水表面，其接触角明显高于其他光滑表面和涂层。尽管之前已经探索过MOF粉末颗粒的润湿性能（wetting properties），但将单片式MOF薄膜用于这一目的是一个开创性概念。”
下一代“超疏水”材料
该团队将这些结果归功于MOF上烃链的刷状排列（聚合物刷）。在被接枝到MOF材料上后，它们往往会形成“线圈（coils）”，这是一种被称为“高熵态”的无序状态，对其疏水特性十分重要。研究人员认为，这种接枝烃链状态在其他材料上是观察不到的。
值得一提的是，当用全氟烃链进行接枝时，即用氟取代氢原子，水接触角不会增加。在特氟龙（Teflon）等材料中，全氟化可以带来超疏水特性。然而，如同该团队的发现，在新开发的材料中，它明显降低了水接触角。计算机模拟进一步分析证实，与烃链相反，全氟化分子无法呈现能量有利的高熵状态。
此外，研究人员在纳米范围内改变SAM@SURMOF系统的表面粗糙度，从而进一步降低水粘附强度。即使倾斜角非常小，水滴也会开始滚动，它们的疏水性能和自清洗性能明显提升。
IITG化学系教授Uttam Manna表示：“这项工作中还包括详细的理论分析，将在实验中出现的意外行为与接枝到MOF薄膜上的分子的高熵状态联系起来。这项研究将改变具有最佳疏水性的下一代材料的设计和生产。”