北卡羅來納州立大學的研究人員開發出一種超彈性材料，該材料能夠排斥幾乎任何液體，並在極端變形下保持穩定。研究團隊採用激光燒蝕技術來構建防液體表面，避免使用有害溶劑的化學噴塗塗層。這種材料在拉伸至其原始長度的五倍時仍能保持其超超疏水特性，並且在經歷超過 5,000 次的拉伸-釋放循環後，依然保持其排斥液體的能力。這意味著該材料能夠承受重複的拉伸、彎曲和扭轉，而不會失去排斥液體的能力。北卡羅來納州立大學的機械與航空工程副教授 Arun Kumar Kota 表示，超超疏水材料能夠像對待水一樣，幾乎能排斥任何液體，包括極端的酸、鹼或溶劑。
這種材料在許多應用中具有潛力，例如柔性機器人，這些機器人可能需要能夠耐受惡劣環境、可拉伸及改變形狀的材料。傳統上，超超疏水表面通常是通過用含有納米顆粒的溶劑進行噴塗來創建的。這種塗層形成了粗糙的紋理，防止液體附著。但當拉伸超過 100% 的應變時，這些塗層往往會分層，限制了它們在柔性系統中的應用。
在先前的研究中，Kota 的團隊通過在噴塗塗層之前添加微突起，即介於 10 微米到 100 微米之間的小柱，來解決這一問題。塗層在應變下會在柱子之間剝離，但柱子的頂部仍然受到保護。Kota 說，這可以類比為我的手臂伸展，頭髮則代表微突起。如果拉伸我的手臂，頭髮不會感受到壓力並保持不變。我們發現，帶有微突起的噴塗材料在拉伸到其初始長度的五倍時仍然超超疏水。
在這項新研究中，團隊完全移除了噴塗塗層。Kota 繼續解釋，這項研究中，我們使用激光燒蝕技術來創建微突起和粗糙表面，從而實現超超疏水性。然而，我們首先需要確定激光的最佳參數：功率、速度和空間頻率，即每單位長度的激光脈衝次數。由於激光燒蝕涉及數百萬種可能的參數組合，研究人員轉向機器學習。他們將激光功率、速度、空間頻率和所需滑動角度輸入模型，以預測最佳設置，避免長時間的反覆試驗。
經過優化的過程在一種經過氟碳硅烷改性以增強疏水性的硅氧烷彈性體上進行測試。所得到的表面在高達 400% 的應變下仍然保持超超疏水性，且經過超過 5,000 次的拉伸循環。研究團隊還分析了拉伸如何影響接觸角、突破壓力和滑動角度。Kota 表示，我們創建了一個無需化學溶劑且不需要數十萬次試驗的超彈性超超疏水材料製造平台。這一方法是一種更環保、更具成本效益的生產材料的方式，適用於從紡織敷料到可用於化學惡劣環境的可拉伸電子產品的多種應用。
研究人員表示，這一方法可能支持人工皮膚、柔性機器人、可穿戴電子設備及為苛刻條件設計的保護性紡織塗層的開發。這項研究成果已發表在《Matter》期刊上。
