中新網(wǎng)北京3月23日電 (記者 孫自法)戶外活動時突遇暴雨、喝咖啡時不小心灑落一身……這些因紡織品防水性能不足帶來的尷尬與困擾，有望被中國科學家研發(fā)新技術(shù)制備的不怕洗、不怕磨、又透氣的防水織物予以化解。
靈感來源于彈尾蟲
記者3月23日從中國科學院理化技術(shù)研究所獲悉，該所仿生智能界面科學中心董智超研究員團隊最近在耐機械應力持久超疏水材料領(lǐng)域取得新突破：他們受自然界彈尾蟲啟發(fā)，研發(fā)出分子組裝耐用超疏水殼(MARS)技術(shù)，通過一步法實現(xiàn)無氟超疏水織物制備，該材料在極端環(huán)境下展現(xiàn)出優(yōu)異的機械穩(wěn)定性，從而為下一代防水織物發(fā)展開辟出全新路徑。
本項研究的仿生靈感與MARS修飾工藝。研究團隊 供圖據(jù)介紹，在戶外、防護、工業(yè)等眾多領(lǐng)域，具備穩(wěn)定防水性能的紡織品需求迫切，而傳統(tǒng)依賴納米顆?；蚝衔?PFAS)的防水涂層在磨損或惡劣環(huán)境中易脫落降解，且面臨日益嚴格的環(huán)保監(jiān)管挑戰(zhàn)，難以滿足實際應用中的高性能與可持續(xù)性需求。
此次研發(fā)的MARS技術(shù)，其靈感來源于經(jīng)過4億年進化的彈尾蟲。在潮濕且多摩擦的泥土環(huán)境中，彈尾蟲演化出由微型蘑菇狀結(jié)構(gòu)與納米級脊線構(gòu)成的特殊表皮，這一天然“防水盔甲”讓其能在惡劣條件下自由活動，甚至在水面跳躍而不被潤濕。研究團隊受此啟發(fā)開發(fā)出一種共價鍵構(gòu)筑的MARS技術(shù)，通過一步法在單根紗線纖維表面直接構(gòu)建有序、共價鍵合且不含氟的烷基覆蓋的二氧化硅殼層。
耐用性穩(wěn)定性卓越
不同于傳統(tǒng)離散顆?；蚝繉?，MARS技術(shù)能與棉、麻、尼龍等多種天然及合成纖維基底形成永久性化學鍵合，在保持織物原有透氣性、顏色及機械回彈性的同時，賦予其卓越的超疏水性能。
本項研究的單點連續(xù)撞擊MARS織物相關(guān)示意圖。研究團隊 供圖為驗證MARS織物的耐用性與穩(wěn)定性，研究團隊開展了一系列嚴苛的系統(tǒng)性測試，結(jié)果均展現(xiàn)出優(yōu)異性能。在動態(tài)防水性能測試中，2.4米每秒速度的液滴單點連續(xù)撞擊8萬次，織物毫發(fā)無損；當液滴速度提升至11.6米每秒(相當于百米飛人沖刺速度)時，織物仍保持完好、防水性能不失效；經(jīng)20次標準洗滌后，其防水等級依舊穩(wěn)定在行業(yè)高標準的4.5級。
極端溫度耐受性實驗顯示，MARS織物具備優(yōu)異的熱穩(wěn)定性：無論是剛煮沸的開水或9巴(bar)壓力膠囊咖啡機擠出的咖啡，均無法破壞其超疏水狀態(tài)；即使經(jīng)過160°C高溫熨燙處理，其超疏水特性仍絲毫未受影響；甚至在95°C熱水與-196°C液氮的極端冷熱循環(huán)沖擊下，織物性能依舊穩(wěn)定。
機械耐久性評估中，MARS織物經(jīng)受住多維度的磨損測試：布料之間摩擦8萬次，砂輪與布料摩擦2萬次，640斤落沙在4米每秒的撞擊速度沖擊、反復拉伸2萬次后，超疏水性能均未衰減；模擬日常使用場景的測試中，刷子磨損8000次、膠帶剝離500次的測試結(jié)果進一步證實，涂層與纖維基底結(jié)合極為牢固。
具有廣闊應用前景
研究團隊指出，MARS技術(shù)將仿生學靈感與可規(guī)模化制備工藝相結(jié)合，回應了無氟超疏水織物領(lǐng)域的迫切需求。與傳統(tǒng)涂層逐步降解的失效模式不同，共價鍵合的MARS涂層可耐受強烈磨損、高速水流沖擊、蒸汽暴露及極端溫度循環(huán)。
本項研究的MARS織物耐受熱咖啡、耐極端溫差相關(guān)示意圖。研究團隊 供圖MARS技術(shù)同時解決了含氟化合物限制帶來的環(huán)保挑戰(zhàn)與傳統(tǒng)涂層機械脆弱性的技術(shù)瓶頸，為下一代高性能防水織物的發(fā)展開辟了新路徑。
研究團隊表示，最新研發(fā)成果在戶外運動、醫(yī)療健康和工業(yè)應用等領(lǐng)域具有廣闊應用前景，有望推動防水紡織品向兼顧可持續(xù)性與高性能的方向演進。(完)