全金属柔性表面增强拉曼光谱基底，适用于高效的表面分析

《Surfaces and Interfaces》：All-metal Flexible Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrate for Robust Surface Screening

超疏水Al?O?/PFA复合涂层通过一步热喷涂技术制备，形成纳米级界面扩散层增强结合强度，接触角153±1.1°，滑动角3±1.5°，经2000 cm磨损后仍保持超疏水性能，并具备优异耐腐蚀性和自清洁能力，为工程应用提供可靠解决方案。

　　本研究致力于解决超疏水涂层在实际应用中所面临的诸多挑战，特别是其在长期使用和恶劣环境下的稳定性问题。超疏水材料因其卓越的性能，在众多领域中受到广泛关注，例如防污、自清洁、防腐蚀、油水分离、防结垢以及防冰等。然而，这些材料在大规模应用时仍然存在一些关键性难题，包括复杂的制备工艺、高昂的成本、陶瓷与氟聚合物之间的弱界面结合等。为应对这些挑战，研究团队提出了一种新的解决方案，即通过一步热喷涂技术制备出一种具有优异性能的耐久型超疏水Al?O?/PFA复合涂层。

热喷涂技术因其成本效益高、生产效率强以及可喷涂层材料种类丰富，已成为金属表面防护涂层制备的重要工艺之一。然而，传统的热喷涂技术在制备陶瓷-氟聚合物复合材料时面临一定的困难。氟聚合物如聚四氟乙烯（PTFE）通常在高温下会发生碳化和分解，而陶瓷材料如Al?O?的熔点极高，使得它们难以在单一工艺中融合。因此，如何在不破坏材料性能的前提下实现陶瓷与氟聚合物的有效结合成为研究的重点。

本研究采用了一种创新的一步大气等离子喷涂工艺，利用可溶性聚四氟乙烯（PFA）作为有机相，Al?O?作为无机相，成功制备出一种具有优异性能的复合涂层。通过热喷涂过程中熔融液滴的快速冷却和固化（冷却速率可达10?至10? K/s），结合适当的材料选择和工艺参数优化，实现了陶瓷与氟聚合物之间的良好界面结合。这种结合不仅增强了涂层的机械强度，还提高了其在磨损和弯曲等条件下的稳定性，从而显著提升了其使用寿命和适用范围。

研究结果表明，该复合涂层在经过100次使用1000目砂纸的磨损测试后，仍然保持其超疏水特性。其水接触角达到153±1.1°，滑动角仅为3±1.5°，显示出极强的自清洁能力。此外，该涂层在高温和强酸等恶劣环境下表现出优异的耐腐蚀性能，能够有效抵御高浓度酸溶液和模拟海水的侵蚀。这些特性使其在工程应用领域具有广阔的发展前景，特别是在需要高耐久性、自清洁性和防冰性能的场景中。

在材料选择方面，研究团队使用了多种原材料，包括聚乙烯醇（87.0%?+?89.0%）、氯化钠（AR）、聚丙烯酸（AR）、盐酸、Al?O?粉末（d???=?1 μm）以及PFA乳液（固含量60%）。这些材料的选择不仅考虑了其物理和化学特性，还兼顾了其在热喷涂过程中的适应性。此外，为了测试涂层的性能，研究团队还准备了多种液体，如可乐、果汁和牛奶，以模拟实际使用环境中的不同液体接触情况。

为了全面评估涂层的性能，研究团队对粉末和涂层进行了系统的表征分析。其中包括使用X射线光电子能谱（XPS）对粉末的成分和化学状态进行检测。XPS全谱分析结果显示，Al?O?/PFA粉末由四种主要元素组成：碳（C）、氟（F）、氧（O）和铝（Al）。其中，碳和氟主要来源于PFA，而铝和氧则主要来源于Al?O?。通过高分辨率XPS分析进一步验证了粉末的组成，结果显示C 1s精细谱中存在六个峰，表明材料中存在多种化学态的碳元素。这些表征结果为后续的性能测试提供了坚实的理论基础。

除了XPS分析，研究团队还对涂层的微观结构、疏水性能和机械稳定性进行了全面的表征。通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层的微观形貌，可以发现其表面呈现出均匀的微纳米结构，这有助于增强其疏水性能。同时，通过接触角测量和滑动角测试，研究团队验证了涂层的超疏水特性，其水接触角达到153±1.1°，滑动角仅为3±1.5°，表明其具有极强的自清洁能力。此外，通过机械测试，研究团队评估了涂层的耐磨性和抗弯性能，结果显示其在多次磨损测试后仍然保持良好的机械性能，表明其具有较高的耐久性。

本研究的创新点在于通过一步热喷涂技术实现了陶瓷与氟聚合物之间的有效结合。这种结合不仅提高了涂层的机械强度，还增强了其在恶劣环境下的稳定性。与传统的多步制备工艺相比，该方法大大简化了制备过程，提高了生产效率，同时保证了涂层的性能。此外，该复合涂层的制备成本相对较低，使其在大规模应用时更具经济性。

在实际应用方面，该复合涂层表现出良好的自清洁能力，能够有效清除各种液体。这使其在需要自清洁性能的场景中具有广泛的应用前景，例如在建筑、交通、航空航天等领域中，可以用于表面防护和功能增强。此外，该涂层还表现出优异的防冰性能，能够有效减少冰层的形成，从而提高材料的使用效率和安全性。

综上所述，本研究通过一步热喷涂技术成功制备出一种具有优异性能的耐久型超疏水Al?O?/PFA复合涂层。该涂层不仅在机械性能和疏水性能方面表现出色，还具有良好的耐腐蚀性和自清洁能力。这些特性使其在工程应用领域具有广阔的发展前景，特别是在需要高耐久性、自清洁性和防冰性能的场景中。本研究为超疏水涂层的制备提供了新的思路和方法，为相关领域的研究和应用奠定了坚实的基础。