新方法制備高分子納米刷——抗污于無形之中

材料牛注：德雷克塞爾大學的Li教授利用控制片狀高分子單晶的生長，精確調控高分子納米刷的制備，革新了高分子刷的制備方法，其影響還會持續。

圖示：德雷克塞爾大學的材料科學家Christopher Li博士發明了一種新的制備高分子納米刷的方法，就像在地上鋪放草皮一樣，而不是播下種子等草生長。

也許你還沒注意到，無形的高分子已經讓地毯不再粘附臟東西了。很有可能他們已經被涂覆在眼鏡上來防污；也可以用在輪船上防銹蝕，或者用在人工關節上潤滑，還能用在醫療器械上抑菌。他們被稱為“高分子納米刷”，但這個名字似乎并不確切，因為這種材料不是用來清掃雜物的刷子，而是能夠防止污漬、細菌等各類雜物在表面粘附聚集的材料。

這一成果背后的科學聽起來就像是高爾夫球場里的草皮管理員。數年來，分子刷的制備每次只能完成一個“葉片”，或者是播下“草種”然后默默祈禱得到好的收成。來自德雷克塞爾大學的材料科學家有了新的想法，他們可以像在地上鋪放草皮一樣，鋪放出更好的分子刷。

近來，高分子刷有兩種重要的合成方法。一種被稱為“grafting-from”，就像在草地上種下草種，等待小草扎根發芽；另一種是“grafting-to”，更像是在進行草葉的移植。在最近的一期Nature Communications上，工學院教授Christopher Li發表了文章介紹了這種全新的高分子刷制備方法，這種方法能更大程度上控制分子刷和刷毛的形狀，并且更加有效。

Li的方法是，生長出功能化的二維片層高分子晶體，就像是一個納米尺度的雙面膠帶。當高分子片層固定在某個既有的基質上，高分子晶區就會溶解，其余的高分子鏈會從片層中“解凍”并豎起，并形成分子刷的刷毛。

Li在德雷克塞爾大學軟材料實驗室的研究，聚焦在了具有復雜結構和動態性質的材料上，例如高分子納米刷。他說：“在過去的幾十年里，高分子刷的研究有了很大的進展。高分子刷也在很多領域都大有前途，包括表面涂覆、生物醫藥、傳感元件、催化劑等都有它的身影。我們相信，我們發現的制備高分子刷的新方法是一個重大突破，并且都能夠讓高分子刷發揮更多更新的作用。

當兩個部件需要緊緊貼合，但同時有需要無摩擦相互運來維持正常工作，這種情況下常常會利用高分子刷材料。此外，高分子刷還常常被用在一些重要的表面來防止微粒、化學品、蛋白質以及其他污垢。它能涂覆在多種物品上，小到眼鏡鏡片，大到醫療器械、輪船，能夠防污、抑制細菌、防止腐蝕；而在人工關節和汽車機械零部件中，他們起潤滑作用。

分子刷能夠減小的摩擦的相對量大小，與高分子的長度、剛性以及他們空出了多大的孔隙有關。Li的方法十分有效且意義重大，因為他能夠精確地調控上述這些特征，這得益于它能夠控制二維高分子片晶的形成。在發表的文章中，他報導了迄今為止接枝密度最大的高分子刷，其刷毛間距小于納米尺寸。

Li說：“這些表面功能化的二維高分子單晶，使得種特殊的聚合物分子刷得以合成。 我們這種制備方法的關鍵在于，在分子刷結合基體之前，將高分子預先聚集到高分子單晶中。Li的研究團隊是研究球晶生長和儲能固態高分子電解質的先鋒，對他們來說，像這樣為了某種應用來調控高分子晶體的生長，已經是輕車熟路了。他們還能制備出兩端都有固定位點的高分子晶體，這樣最終能夠形成環狀，這樣的刷毛比只有一端被固定的高分子更加結實。

所有的這些意味著，有一天工程師將能夠訂制非常耐用的高分子刷涂層來延長各種類型的關節和聯接器的使用壽命。Li說，這改變了我們對制備分子刷的看法，而且我相信它將會持續影響這一研究領域。

注：研究成果發表在最新一版的Nature Communications上。

原文參考地址：Reserchers roll out new method for making the invisible brushes that repel dirt

感謝材料人編輯部陳曉提供素材。