仿生弹性超双疏PDMS/PS涂层的设计与多功能应用：兼具自清洁与防污性能

为解决传统超疏水涂层基材兼容性差、弹性基体上超双疏性能不足的问题，研究人员受蚊子复眼启发，开发了基于聚苯乙烯(PS)光子晶体与聚二甲基硅氧烷(PDMS)的复合涂层系统。该涂层通过优化PS微球六方密堆(hcp)结构与PDMS低表面能基质的协同作用，实现了对水溶液和有机液体(接触角>150°，滑动角<8°)的广谱超双疏性，并显著抑制大肠杆菌和三角褐指藻的生物附着。其可喷涂工艺适用于刚性(玻璃、金属)至柔性(纺织品)基材，为海洋防污、生物医疗设备等领域提供了突破性解决方案。

　　

自然界中，荷叶的“自清洁效应”和蚊子复眼的液体排斥能力启发了科学家对超疏水材料的探索。然而，传统涂层面临两大瓶颈：一是难以在弹性基材上保持稳定性，二是对低表面能有机液体（如油类）的排斥效果有限。这些问题严重制约了其在船舶防污、可穿戴设备等领域的应用。针对这些挑战，湖北某研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表了一项突破性研究，通过模仿蚊子复眼的六方密堆(hcp)微观结构，开发出兼具弹性与超双疏性能的PS@PDMS复合涂层。

研究团队采用乳液聚合法制备单分散聚苯乙烯(PS)微球（200±15 nm间距），将其与聚二甲基硅氧烷(PDMS)按优化比例复合，通过喷涂工艺构建分层结构。关键技术创新包括：1）仿生hcp光子晶体排列增强表面粗糙度；2）PDMS弹性基质提升机械顺应性；3）广谱液体排斥性能测试体系（涵盖水、邻二甲苯、N,N-二乙基甲酰胺等）；4）生物抗附着实验（大肠杆菌、三角褐指藻）。

材料与表面形貌
通过离心辅助自组装形成PS微球hcp结构，扫描电镜显示其单分散性（直径变异系数<5%）。PDMS基质通过硅氧烷交联提供弹性支撑，X射线光电子能谱证实表面富集-Si-CH₃基团（接触角提升关键）。

结论
该涂层实现静态接触角>150°（水/油）与动态滑动角<8°，对大肠杆菌附着抑制率达92%。其突破性在于：1）首次将蚊子复眼结构应用于弹性超双疏涂层；2）通过PDMS/PS质量比调控（最佳1:2.5）平衡机械性能与润湿性；3）喷涂工艺实现跨尺度基材适配（玻璃至纺织品）。

讨论
相比传统刚性涂层（如二氧化硅基），PS@PDMS系统解决了弹性变形导致的微结构破裂问题。其自清洁机制依赖“液滴滚动-颗粒捕获”协同效应，而低表面能(-CH₃)与纳米级凹角结构共同阻断了生物膜形成。该研究为开发下一代智能防护涂层提供了新范式，尤其适用于海洋装备防腐（耐盐雾>500h）和医用导管（减少细菌定植）。

作者贡献与资助
Wenrui Chen与Jingying Zhang共同设计实验，Dan Su完成生物抗附着测试。研究获湖北省创新规划项目（2024BAB117）和自然科学基金（2024AFB370）支持。