超双亲硅片界面及其在聚合物薄膜制备方面的应用

近日，中国科学院理化技术研究所江雷研究员及中国科学院化学研究所田野副研究员团队通过传统的清洗技术制备了具有超双亲性质的硅片界面，该界面可用于制备水溶性或油溶性的均匀聚合物薄膜，为有机光电功能材料和无机微电子体器件的结合创造了理想的界面平台。^[1]

超双亲硅片界面的观察：亲/疏水间隔畴

通常来讲，超浸润行为被归因于二氧化硅表面的羟基官能团所导致的高表面自由能。然而二氧化硅表面不仅仅存在羟基同时也具有桥氧，液体是否铺展也与桥氧有关，而这个问题一直没有受到关注。通过原子力显微镜的横向力模式，文中首次报道了超双亲硅片界面上间隔排布的亲水畴（羟基区，蓝色区域）和疏水畴（桥氧区，黄色区域）。

▲ 图a：原子力显微镜横向力模式观察到的亲/疏水畴区及其局部放大图

超浸润行为的思考：“水走水路，油走油路”

基于已观察到的亲/疏水间隔畴，结合二维毛细力以及二元协同理论^[2]，文中进一步解释了可能的铺展机理：水滴在铺展过程中会优先浸润亲水畴，在二维毛细力的辅助下，跨越疏水畴，进一步进行铺展；同样的过程也可以用于解释油滴的铺展，即油优先浸润疏水畴（亲油畴），而后在二维毛细力的辅助下带动亲水畴区的油滴进一步铺展。

▲ 二维毛细力作用下水滴的铺展示意图（图b）及油滴的铺展示意图（图c）

有机/无机复合结构平台：均匀聚合物薄膜制备

由于液体可在超双亲硅片表面铺展形成均匀的液膜，同时硅片表面又非常平整（Rq = 0.4 nm），因此基于超双亲硅片界面，水溶性和油溶性的聚合物材料均可形成均匀薄膜，为构建有机/无机复合结构提供了理想的平台。

▲ 图d：水溶液中在未处理和处理后的硅片表面制备的聚吡咯薄膜；图e：有机溶剂（环戊酮）中在未处理和处理后的硅片表面制备的聚吡咯薄膜

参考文献

[1]    Z. Zhu, Y. Tian, Y. Chen, Z. Gu, S. Wang, L.Jiang, Angew. Chem. Int. Ed. 2017, n/a.

[2]    L. Jiang, R. Wang, B. Yang, T. J. Li, D. A. Tryk, A. Fujishima,K. Hashimoto, D. B. Zhu, Pure Appl. Chem.2000, 72, 73.

来源：高分子科学前沿

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