新方法制备高分子纳米刷——抗污于无形之中

材料牛注：德雷克塞尔大学的Li教授利用控制片状高分子单晶的生长，精确调控高分子纳米刷的制备，革新了高分子刷的制备方法，其影响还会持续。

图示：德雷克塞尔大学的材料科学家Christopher Li博士发明了一种新的制备高分子纳米刷的方法，就像在地上铺放草皮一样，而不是播下种子等草生长。

也许你还没注意到，无形的高分子已经让地毯不再粘附脏东西了。很有可能他们已经被涂覆在眼镜上来防污；也可以用在轮船上防锈蚀，或者用在人工关节上润滑，还能用在医疗器械上抑菌。他们被称为“高分子纳米刷”，但这个名字似乎并不确切，因为这种材料不是用来清扫杂物的刷子，而是能够防止污渍、细菌等各类杂物在表面粘附聚集的材料。

这一成果背后的科学听起来就像是高尔夫球场里的草皮管理员。数年来，分子刷的制备每次只能完成一个“叶片”，或者是播下“草种”然后默默祈祷得到好的收成。来自德雷克塞尔大学的材料科学家有了新的想法，他们可以像在地上铺放草皮一样，铺放出更好的分子刷。

近来，高分子刷有两种重要的合成方法。一种被称为“grafting-from”，就像在草地上种下草种，等待小草扎根发芽；另一种是“grafting-to”，更像是在进行草叶的移植。在最近的一期Nature Communications上，工学院教授Christopher Li发表了文章介绍了这种全新的高分子刷制备方法，这种方法能更大程度上控制分子刷和刷毛的形状，并且更加有效。

Li的方法是，生长出功能化的二维片层高分子晶体，就像是一个纳米尺度的双面胶带。当高分子片层固定在某个既有的基质上，高分子晶区就会溶解，其余的高分子链会从片层中“解冻”并竖起，并形成分子刷的刷毛。

Li在德雷克塞尔大学软材料实验室的研究，聚焦在了具有复杂结构和动态性质的材料上，例如高分子纳米刷。他说：“在过去的几十年里，高分子刷的研究有了很大的进展。高分子刷也在很多领域都大有前途，包括表面涂覆、生物医药、传感元件、催化剂等都有它的身影。我们相信，我们发现的制备高分子刷的新方法是一个重大突破，并且都能够让高分子刷发挥更多更新的作用。

当两个部件需要紧紧贴合，但同时有需要无摩擦相互运来维持正常工作，这种情况下常常会利用高分子刷材料。此外，高分子刷还常常被用在一些重要的表面来防止微粒、化学品、蛋白质以及其他污垢。它能涂覆在多种物品上，小到眼镜镜片，大到医疗器械、轮船，能够防污、抑制细菌、防止腐蚀；而在人工关节和汽车机械零部件中，他们起润滑作用。

分子刷能够减小的摩擦的相对量大小，与高分子的长度、刚性以及他们空出了多大的孔隙有关。Li的方法十分有效且意义重大，因为他能够精确地调控上述这些特征，这得益于它能够控制二维高分子片晶的形成。在发表的文章中，他报导了迄今为止接枝密度最大的高分子刷，其刷毛间距小于纳米尺寸。

Li说：“这些表面功能化的二维高分子单晶，使得种特殊的聚合物分子刷得以合成。 我们这种制备方法的关键在于，在分子刷结合基体之前，将高分子预先聚集到高分子单晶中。Li的研究团队是研究球晶生长和储能固态高分子电解质的先锋，对他们来说，像这样为了某种应用来调控高分子晶体的生长，已经是轻车熟路了。他们还能制备出两端都有固定位点的高分子晶体，这样最终能够形成环状，这样的刷毛比只有一端被固定的高分子更加结实。

所有的这些意味着，有一天工程师将能够订制非常耐用的高分子刷涂层来延长各种类型的关节和联接器的使用寿命。Li说，这改变了我们对制备分子刷的看法，而且我相信它将会持续影响这一研究领域。

注：研究成果发表在最新一版的Nature Communications上。

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

感谢材料人编辑部陈晓提供素材。