潤濕性自由切換！光學接觸角技術揭秘智能材料新突破
發布時間：2025-08-01分享至：
引言：
你是否想過，未來的戶外服裝可以自動防水防污？飛機機翼能主動抵抗結冰？這一切可能因一項新材料技術成為現實！最近，德國馬普所與捷克科學院的團隊在《Advanced Functional Materials》發表了一項研究：他們設計了一種雙層高分子刷材料，上層疏水（如聚苯乙烯），下層親水（如聚羥乙基丙烯酸酯）雙嵌段聚合物刷的潤濕性智能調控技術，結合光學接觸角分析，實現了表面疏水-親水的精準切換。
一、接觸角如何“看透”材料性能？
當一滴水落在材料表面，它的“坐姿”（接觸角）決定了材料是親水還是疏水。光學接觸角分析技術就像一臺“微觀攝像機”，通過精準測量水滴的前進角（θadv）和后退角（θrec），揭示材料表面的潤濕特性。
前進角：水滴擴張時的角度，反映材料最疏水的狀態。
后退角：水滴收縮時的角度，暴露材料潛在的親水特性。
這項技術不僅能量化材料的“性格”，還能捕捉溶劑處理后的動態變化，成為研發智能材料的“火眼金睛”！
研究團隊通過測角儀實時追蹤接觸角變化，正是光學接觸角的靈敏測量，讓“納米級厚度調控”與“可逆潤濕切換”成為可能！
圖1.a)PHEMA-b-PS表面的前伸接觸角（紅色柱狀圖，即θadv）和后退接觸角（帶有圖案的紅色柱狀圖，即θrec），以及均方根粗糙度（灰色柱狀圖）。合成后（原始狀態）的θadv和θrec。表面暴露于去離子水(40°C）2小時后的θadv和θrec（H2O（40°C））。退火后的θadv和θrec（退火處理）。退火過程中，表面暴露于甲苯（40°C）2小時，吹干后，在真空條件下于120°C下退火至少5小時。b）溶劑對PHEMA-b-PS雙嵌段刷影響的示意圖。上部：甲苯對PHEMA是非溶劑，但對PS是良好溶劑。因此，PS嵌段膨脹，而PHEMA嵌段塌陷。下部：暴露于水（40°C）后。水對PS是非溶劑。因此，PS刷在接觸水中塌陷，而PHEMA刷則膨脹。
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二、三明治結構：厚度決定潤濕性
研究團隊設計了一種“三明治”結構：底層為親水性的PHEMA聚合物，頂層為疏水性的PS或PEH(exMA)。通過調控頂層厚度，材料的潤濕性發生神奇變化：
頂層＞30nm：表面完全疏水（接觸角＞95°），水珠滾落如荷葉；
頂層＜30nm：接觸水后，底層親水基團“突破”頂層，表面秒變親水（接觸角驟降至20°）！
更驚艷的是，通過溫水浸泡或甲苯處理，材料可逆切換潤濕狀態，壽命長達多次循環！
圖2.聚合物表面接觸角隨頂部塊厚度的變化。a)PHEMA-b-PS共聚物表面接觸角隨PS塊厚度的變化。b)PHEMA-b-PEtHexMA共聚物表面接觸角隨PEtHexMA塊厚度的變化。c)PHEMA-b-PS共聚物表面接觸角隨PS塊厚度的變化。d)PHEMA-b-PEtHexMA共聚物表面接觸角隨PEtHexMA塊厚度的變化。
三、應用前景：從實驗室走向生活
這項技術的突破，為多個領域帶來革新：
自清潔涂層：建筑玻璃、太陽能板表面疏水防污，雨水一沖即凈；
防冰抗凍：飛機機翼、風力渦輪機涂覆智能材料，低溫環境自動切換親水態，抑制結冰；
環保涂層：工業管道根據環境濕度調節防腐蝕性能。
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智能服裝：雨天自動防水，出汗時透氣親水。
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四、未來展望：智能材料的無限可能
研究團隊表示，下一步將探索光/電響應型聚合物，實現潤濕性的遠程調控。結合光學接觸角的高通量分析技術，未來或可開發出自適應環境的“智能皮膚”，應用于機器人、可穿戴設備等領域。
??從一滴水的接觸角，到改變世界的材料革命，科學的力量令人驚嘆！關注光學接觸角技術，見證更多智能材料的誕生！
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更多詳細內容請閱覽參考文獻：[1] Leibauer B , Andres D L S P , Dorado Daza D F ,et al.Wetting of Surface Grafted Hydrophilic‐b‐Hydrophobic Block Copolymer Brushes[J].Advanced Functional Materials, 2025, 35(24).DOI:10.1002/adfm.202419443.
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DSA-X Plus 專家型接觸角測量儀
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由貝拓科學自主研發設計生產的光學接觸角測量儀，內置五種分析算法，涵蓋全角度范圍測量，其中YoungLaplace擬合方法為貝拓獨家，針對120°以上角度具有更為精準的測分析方法，尤其在150°甚至160°以上角度擬合效果更佳。
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