水凝胶涂层可以赋予材料表面润滑性、亲水性、柔软性、生物相容性和离子导电性等性能。因此，被广泛运用于生物医学，海洋防污和神经电极等领域，然而，当界面存在较多水时，水分子不仅会阻隔水凝胶网络和底物之间的相互作用，而且还会导致涂层溶胀，破坏粘接界面。除此之外，由于厚度高的水凝胶涂层难以应用于具有高精度要求的复杂结构。所以水凝胶涂层除了需要良好界面粘附外，还必须拥有高模量和高韧性，才能实现薄厚度下对界面的强粘附。
因此，如何通过调节水凝胶涂层的内部结构和化学组成，从而实现水凝胶涂层的超薄和强粘附具有挑战。
陕西科技大学的
游翔宇、张慧洁
教授团队和浙江大学
饶平
教授团队
开发出了一种具有
Janus
结构的超薄涂层。该涂层通过直接涂布在材料表面，在室温条件下干燥进行自组装，然后再水化，可以形成疏水木质素聚集在底部，亲水聚合物溶胀在顶部的结构。由于木质素聚集区可以有效的限制水凝胶涂层的溶胀，从而实现了
≈8 μm
的超薄涂层和强粘附，此外，木质素聚集区域通过密集的范德华力与基材建立牢固的界面结合，从而增加薄水凝胶涂层的刚度和韧性
。
该工作以
“Lignin-Based Ultrathin Hydrogel Coatings with Strong Substrate Adhesion Enabled by Hydrophobic Association”
为题发表在
24
的《
Advanced Functional Materials
》上。
【文章亮点
】
1.
粘附和力学性能：
木质素和聚
N-N-
二甲基丙烯酰胺
（
PDMA
）
通过自组装形成木质素聚集区和
PDMA
聚集区。
木质素聚集区中的疏水性苯基可以有效地阻止水进入界面，破坏水凝胶与底物之间的相互作用，而亲水性
PDMA
聚集区在水中溶胀形成水化顶部，使其具有显著的耐油污性。富含木质素的区域还可以有效地交联
PDMA
链并耗散能量，使水凝胶涂层具有高模量和韧性。
2.
紫外阻隔能力：
由于木质素具有芳香结构，并且木质素中存在大量的酚类、酮类和分子内氢键来吸收紫外线，
高木质素含量的水凝胶涂层也会表现出优异的紫外线阻隔能力。
3.
持
久的水下粘附
:
该涂层在盐水溶液中浸泡的涂层的剥离力几乎没有变化。浸泡
60
天后附着力略有下降，但在人工海水中浸泡
60
天后附着力仍保持在
200 J m
−2
以上，
说明该水凝胶涂层在盐水溶液中的稳定性较高，这种稳定性确保了水凝胶涂层可以适用于生理和海洋环境。
4.
粘附
的普适性
:
该水凝胶涂层主要通过链密集的疏水区与基材之间的范德华力与基材结合，
消除了对基材表面特定官能团的需求，这使得水凝胶涂层可以应用于各种表面。
5.
可回
收再利用：
该水凝胶涂层中的非共价交联，使其可以溶解在其溶剂
N,N-
二甲基甲酰胺
（
DMF
）
中并重复使用。将水凝胶涂层浸泡在
DMF
中，水凝胶涂层迅速溶解。
然后收集溶液并将其重新涂在玻璃上，其粘接强度几乎与原始样品相同。
图
1
PDMA/
木
质素水凝胶涂料的合成工艺及结构。
图
2
不同含量
DMF
展示图及测试。
图
3
拉伸展示及其粘附测试。
图
4
接触角及其摩擦稀释测试。
