基于PDMS动态共价网络与飞秒激光织构的金属表面自修复超疏水涂层及其高效雾水收集应用

针对淡水资源短缺问题，浙江大学团队通过飞秒激光微纳加工与聚二甲基硅氧烷(PDMS)动态共价涂层技术，开发出具有自修复功能的超疏水(SHB)金属表面。该表面通过动态硼酸酯键实现损伤自主修复，雾水收集效率较未处理基材提升200%，为环保型大气水收集提供了可规模化制备的解决方案。

　　

随着全球淡水危机加剧，从潮湿空气中收集水分的雾水收集技术成为研究热点。自然界中，纳米布沙漠甲虫通过背部亲/疏水交替的微观结构高效捕获雾滴，而荷叶等超疏水(SHB)表面则通过微纳结构与低表面能涂层的协同作用实现自清洁功能。然而，现有仿生表面存在制备工艺复杂、机械稳定性差、局部损伤难修复等问题，且传统含氟涂层易造成环境污染。如何开发环保、耐用、可大规模制备的功能表面，成为当前研究的重大挑战。

针对这一难题，浙江大学研究人员在《Applied Surface Science》发表研究，将飞秒激光表面织构技术与动态共价聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层相结合，创造出兼具自修复能力和高效雾水收集性能的金属基超疏水材料。该团队通过精确调控激光参数在铝、不锈钢等金属表面构建多级微纳结构，并开发出基于硼酸酯动态键的PDMS vitrimer（动态交联聚合物）涂层系统。这种创新设计使材料在保持机械稳定性的同时，能自主修复微观损伤，经40 kHz超声波处理仍保持强附着力。实验表明，经旋涂处理的表面接触角达162°，滚动角仅3°，雾水收集效率比未处理平面基材提升约200%。

关键技术方法包括：1）飞秒激光微纳加工构建表面多级结构；2）硼酸交联PDMS-diol制备动态共价网络涂层；3）通过旋涂/浸渍实现大面积均匀成膜；4）结合红外光谱(IR)和X射线光电子能谱(XPS)表征化学结构；5）采用接触角测量仪与自制雾水收集装置评估性能。

【Results and discussion】部分揭示：

1. 化学交联机制：硼酸与PDMS-diol以1.5:1摩尔比反应形成动态硼酸酯键，IR光谱显示1080 cm^-1处Si-O-Si特征峰增强，证实交联成功。
2. 表面特性：激光织构产生微米级沟槽与纳米级LIPSS（激光诱导周期性表面结构），配合PDMS涂层使表面从超亲水（接触角0°）转变为超疏水。
3. 自修复性能：划伤后的涂层在75°C加热2小时实现自主修复，接触角恢复率达96%，归因于动态键的可逆重组。
4. 环境稳定性：涂层在盐雾、紫外老化等严苛条件下维持超疏水性，电化学测试显示腐蚀电流密度降低3个数量级。

【Conclusions】指出：该研究通过飞秒激光织构与PDMS vitrimer涂层的协同作用，开发出环境友好、可规模化制备的自修复超疏水表面。动态硼酸酯键赋予材料卓越的损伤修复能力，而激光诱导的微纳结构显著提升雾滴成核与收集效率。这种技术方案为干旱地区水资源获取提供了新思路，其工艺兼容旋涂和浸渍等多种涂覆方式，具有工业化应用潜力。研究得到浙江省自然科学基金(LY19A040001)和国家自然科学基金(12035006)等项目的支持。