常规材料表面往往非粘即滑，这源于其较为固定的分子结构和能量耗散特性，难以呈现截然相反的表面性质。近年来，研究人员试图通过多种刺激调控材料表面特性，以强化其对多变环境的适应能力，但仍大多局限于“强弱粘附”和“高低润滑”的单向调控，鲜有报道可实现强粘附和超润滑两种极限状态之间的可逆切换。
近期，东华大学武培怡/孙胜童团队报道了一种在不同温度下粘滑可切换的氟凝胶材料。这一凝胶具有特殊的双连续相分离结构：聚全氟己基丙烯酸乙酯（PPFHEA）单元与润滑剂——全氟聚醚（PFPE）相容性较好，组成润滑相；可氢键缔合的聚丙烯酸（PAA）单元与PFPE相容性较差，形成对温度敏感的承载相。室温下，PAA单元之间强氢键缔合，氟凝胶处于刚硬玻璃态，表面主要受润滑相控制，表现出极低的摩擦系数（0.004）；升温迫使PAA氢键解离，氟凝胶转化为柔软耗散态，同时释放大量的粘性悬挂链（dangling chains），表面切换为强粘附（362 kPa）。以上研究成果近期以“Making Sticky-Slippery Switchable Fluorogels Through Self-Adaptive Bicontinuous Phase Separation”为题，发表在《Advanced Materials》上。东华大学化学与化工学院硕士研究生李晓霞为文章第一作者，孙胜童研究员和武培怡教授为论文共同通讯作者。作者发现，提高AA含量显著提高了凝胶力学性能，表面也趋于光滑平整。这是因为，PAA单元氢键缔合密度提高，可促进双连续结构发育更为规整，从而有效限制了润滑相的自由变形。当AA含量超过40 mol%后，利用probe-tack测试已无法检测到粘附力，表明润滑表面已充分形成。作者选取兼具最佳力学和润滑性能的含有50 mol% AA的氟凝胶为主要研究对象，考察其在不同温度下的粘滑切换能力。Probe-tack粘附测试显示，升温使得氟凝胶表面迅速从润滑切换至强粘附，在玻璃化转变温度附近（~80 oC）达到最大粘附值（362 kPa）。作者通过钢球滑动实验进一步验证了粘滑切换效果。室温下钢球自由滑落，滚动角仅5 oC，但升温至80 oC以上，即使基板垂直，钢球也难以滑动。随后，作者利用流变仪测试了氟凝胶在室温润滑条件下的摩擦系数。在高负载和高剪切速度下，摩擦系数可低至0.004，与人体关节软骨相当。此外，氟凝胶的润滑性能还具有极好的耐疲劳性。即使反复摩擦12000次，摩擦系数仍保持稳定。这一特殊的超润滑双连续结构也带来优异的抗污和自修复能力。最后，作者利用时温叠加流变、低场核磁、SAXS、二维相关红外光谱等手段详细探究了氟凝胶的粘滑切换机理。值得注意的是，作者利用低场核磁计算了不同温度下交联链、自由链和悬挂链的相对比例。升温导致交联链向悬挂链转化，且此过程高度可逆。在介观尺度上，升温并没有引起双连续结构的明显破坏，但在分子水平上，升温诱导PAA氢键部分解离，不仅提高了材料的整体能量耗散特性，还诱导形成了大量的悬挂链。这些悬挂链与所接触物体表面产生强烈的附着力，是产生强粘附的主要原因。https://doi.org/10.1002/adma.202411273声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
