【Harrick等离子清洗机】纳米级单-CF₃修饰PDMS实现可持续高效疏油

 核心突破

一项发表于《自然·通讯》（Nature Communications, 2025）的研究提出了一种创新方法，通过将超短链全氟碳（单-CF₃，毒性的PFAS）修饰到聚二甲基硅氧烷（PDMS）刷上，实现了可与短链PFAS媲美的优异疏油性能，同时大幅降低了氟含量。该研究揭示了类液分子设计（而非链长）是实现可持续疏油性能的关键，为减少PFAS依赖提供了可行路径。

研究背景
全氟烷基物质（PFAS）因其出色的双疏（疏水疏油）性能被广泛用于各类涂层，但其环境与健康风险日益受到关注，长链PFAS（≥C₈）已被禁用，短链PFAS（C₄, C₆）也面临严格限制。目前，鲜有替代材料能达到同等的疏油效果。

关键制备工艺中Harrick等离子清洗机的核心作用
本研究的成功实施，依赖于精确的表面预处理与活化步骤。Harrick等离子清洗机在其中扮演了至关重要的角色：

1. 硅片基底清洗：研究中使用Harrick PDC-002-HP型号等离子清洗机，在400 mTorr真空度、45 W射频功率下，对硅片进行2分钟氧等离子体处理，清洁表面并提高其反应活性，为后续PDMS刷的生长奠定基础。

2. PDMS刷表面活化：在制备CF₃修饰的PDMS刷（CF₃-fletched      PDMS brushes） 过程中，需要对已生成的PDMS刷进行可控的表面活化，以产生可与CF₃修饰剂反应的硅醇（Si-OH）位点。该步骤同样采用Harrick等离子清洗机，在约350 mTorr真空度、30 W射频功率下，通过精确控制等离子处理时间（0-30秒），实现了对表面硅醇数量的调控，从而最终优化了CF₃的接枝量与表面的疏油性能。研究发现，15秒的等离子处理即可实现的疏油效果。

研究成果亮点

• CF₃修饰的PDMS刷对低表面张力油类（如庚烷）表现出显著的排斥性，其整体表面能（19.7      mJ/m²）接近C₄和C₆ PFAS材料。

• 氟含量极低：其表面氟密度（~10 F/nm²）比单功能C₆ PFAS自组装单层低8倍，比具有可比疏液性能的三功能C₄ PFAS表面低约40倍。

• 环境友好：该涂层最终降解产物主要为（TFA），其潜在环境影响远小于长链及短链PFAS。

• 基材普适：该方法通过中间二氧化硅层，可成功应用于聚酯、尼龙、铝、不锈钢网织物等多种材料。

结论与展望
本研究证实，通过合理的分子设计，无需全氟烷基长链即可实现高效疏油。Harrick等离子清洗机提供的可控、高效的等离子表面活化方案，是实现这一创新材料可控制备的关键环节。这项工作为开发下一代可持续、高性能、低氟/无氟的双疏涂层指明了方向，在纺织品、医疗、电子、热管理等领域具有广阔的应用前景。

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