近期，中國科學(xué)院上海光機所高功率激光元件技術(shù)與工程部吳衛(wèi)平團(tuán)隊在超薄納米光學(xué)元件表面防污處理方面取得研究進(jìn)展。研究團(tuán)隊與復(fù)旦大學(xué)合作，提出通過將一種柔性瓶刷形有機硅聚合物單分子層原位接枝于光學(xué)基底表面，得到了一種具有耐污效果的新型“類液體”超滑薄膜。該透明超滑抗污薄膜在可見光區(qū)域透過率無顯著下降，在紅外區(qū)域透過率僅下降3%，是疏水表面領(lǐng)域全光譜內(nèi)少有的高透過率方案，相關(guān)研究成果以“A fluffy all-siloxane bottlebrush architecture for liquid-like slippery surfaces”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。
 

　　光學(xué)元件(光學(xué)鏡頭、窗口、光伏面板等)在光學(xué)儀器、微電子、航空航天、能源和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。然而，光學(xué)元件在實際服役環(huán)境中極易遭受外界污染，從而降低窗口光學(xué)透過率，嚴(yán)重影響光學(xué)信號靈敏度，成像質(zhì)量和可靠性。通過形成抗環(huán)境污染物且具有優(yōu)良耐久性的防護(hù)層，對光學(xué)元件表面進(jìn)行防護(hù)處理，可以使光學(xué)元件表面長期耐受外界污染。然而，不同的光學(xué)窗口需要在不同波段均保持高透過率。因此，表面防護(hù)層在達(dá)到防護(hù)效果的同時，需要保證光學(xué)元件本身的光學(xué)性能不受損失。
 

　　在本項研究中，研究人員設(shè)計了一種全新的類液體超滑薄膜，通過簡單的兩步法，即在基材表面的原位水解縮聚和隨后進(jìn)行的硅氫化反應(yīng)，于基材表面逐步構(gòu)筑了“以有機硅為主鏈和側(cè)鏈”的柔性瓶刷型分子結(jié)構(gòu)。不同于傳統(tǒng)的特殊潤濕性表面(超疏水、超疏油等)，超滑薄膜無需制備表面微納結(jié)構(gòu)，且厚度在5 nm以內(nèi)，因此對基材本身的光學(xué)性能幾乎沒有影響。此外，本研究得到的類液體超滑薄膜具有優(yōu)異的動態(tài)滑液性能，即液體在表面的接觸角遲滯極低，其分子接枝面密度更高，接觸角遲滯更低僅9.4°，具有超高的寬光譜透明度。通過油滴、結(jié)冰、灰塵、耐磨等測試，驗證了該表面在光學(xué)元件實際應(yīng)用場景中的有效性和耐久性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
 

　　本工作得到了國家自然科學(xué)青年和面上基金、科技部重點研發(fā)計劃課題等項目的支持。
 

　　圖1 (a)超滑薄膜結(jié)構(gòu)示意圖；(b)原子力顯微鏡照片；(c)石英基片處理前后的透射光譜。
 

　　圖2 (a)石英片表面處理后的實物照片以及處理前后抗污性能對比；處理前后(b)油滴(正己烷)在表面的滑動效果和(c)抗結(jié)冰效果對比。