耐用材料小组、可持续发展材料研究所（所长：Mamoru Nakamura）、日本国立先进工业技术研究所（AIST；所长：Ryoji Chubachi）的Atsushi Hozumi（组长）和Chihiro Urata（研究员）开发了一种表面处理技术，可以大幅抑制各种粘性液体和冰的粘附。

目前，大多数液体（水和油）拒水处理依赖于有机氟化合物处理或表面微加工。然而，有机氟化合物的生产和处理成本较高，且微加工需要特殊设备和较长的加工时间。

开发的防液加工技术利用了在树脂和凝胶中观察到的脱水收缩和起霜现象。当在固体表面上形成含有防液成分的凝胶时，通过脱水收缩将防液剂从凝胶铺展到表面上形成薄层；然后表面将表现出优异的防液特性。即使在粘性液体的情况下，对疏液层缺乏亲和力的液体也不能粘附到表面并顺利地滑落。该加工技术不需要特殊的设备或反应条件，仅通过涂布涂布液即可进行加工。加工后表面透明，可备大面积（A4尺寸）。

由于利用先进的表面处理技术可以抑制各种粘性液体的粘附，并减少冰的粘附，因此对于可能粘附粘性液体和冰的表面，例如包装容器、金属模具、船底、取水口和建筑材料，具有潜在的应用前景。预计可以保留设计、降低成本、减少能耗、简化维护以及提高安全性和可靠性。

该技术的一部分将在第三届展会上展示^rd自然产业奖将于 2014 年 12 月 12 日在大阪科学技术中心（大阪市大阪市）以及将于 2015 年 1 月 28 日至 30 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的第 14 届纳米技术国际展览暨会议 (NanoTech 2015) 的 AIST 展位举行。

先进的表面处理技术和拒液性 （伍斯特酱已被用作模型粘性液体）

我国能源和自然资源匮乏，对有助于节约能源和自然资源的新材料和制造工艺的需求很高。由于附着在固体表面的液滴会导致包装物品损坏、表面腐蚀和劣化、外观劣化、可见度降低、流动阻力增加以及设备和装置的安全性和可靠性的显着损失，因此对具有优异的液滴去除性能和防粘附性能的表面处理技术的基础和应用研究不断增加。然而，大多数传统的表面处理技术依赖于有机氟化合物的表面处理或表面微加工。为了简单、低成本地制造防液表面，非常需要一种独立于这些复杂工艺的表面处理技术。

AIST 一直致力于开发表面改性技术，该技术使用比需要有机氟化合物和表面微加工的技术更简单的方法表现出优异的防液特性。迄今为止，已发现由常见的拒液处理剂烷基三烷氧基硅烷和玻璃原料四烷氧基硅烷制成的透明涂膜具有优异的拒油性（产业技术研究院2012年3月13日新闻）。此外，还开发了兼具耐热性和防油性的透明涂膜。该涂膜以甲基硅烷为主要原料，利用了甲基硅氧基单元的耐热特性（AIST 新闻稿，2013 年 9 月 10 日)。然而，虽然这些涂膜的表面对纯液体（水和油，如正十六烷）表现出优异的防液特性，但这些膜对粘性液体（如蛋黄酱和沙司）无效。此外，一旦冰在涂膜表面形成，由于冰对表面的粘附力很强，因此很难除去。因此，研究人员致力于开发具有抑制粘性液体粘附效果并降低冰的粘附强度的表面处理技术。

本研究开发的一部分是在文部科学省科学研究补助金（新学术领域研究）（24120005）的支持下实施的。

开发的表面处理技术利用了在凝胶和树脂中观察到的称为脱水收缩的相分离现象。由于产品外观的退化，抑制脱水收缩和喷霜一直是迄今为止大多数研究的重点。在这项研究中，研究人员积极利用和控制相分离现象，在表面形成一层薄薄的排斥液体，实现了在高抗粘性方面优越的表面加工。这种表面处理采用柔韧性和透明性优异的聚二甲基硅氧烷（硅树脂）作为固体基质。将有机硅树脂、疏液性液体和催化剂混合，涂布于表面并固化，形成涂膜。固体表面在制造后立即是透明的，并且随着时间的推移观察到疏液液体的脱水收缩（图1a）。各种粘稠液体（例如调味品，例如蛋黄酱和酱汁）从已形成一层薄薄的防液液体的表面平滑地滑落。离线时，在不含驱避液的纯有机硅树脂和未表现出脱水收缩的凝胶的表面上，粘附有上述粘性液体（图1b、c）。

图1：(a)开发的脱水收缩凝胶和不显示脱水收缩的含有防液成分的凝胶 (b) 脱水收缩凝胶的拒液特性（各测试样品倾斜约20°，（I）和（II）分别表示蛋黄酱和酱汁的滴落位置。） (c) 防液机理示意图

当精确控制有机硅树脂和疏液液体的亲和力时，脱水收缩行为表现出温度依赖性。在图2a所示的湿凝胶中，在室温下不发生脱水收缩，但在冰点以下观察到脱水收缩，并且发现这种变化是可逆的。由于冰在表面的粘附力非常低，因此即使倾斜度较低，冻结在凝胶表面的冰柱（粘附的冰）也会向下滑动（图2b）。简而言之，脱水收缩仅在寒冷的雪季期间在凝胶中发生，并且在较温和的时期可以防止脱水收缩导致的拒液液体的浪费性流出。

当使用与水反应并自发形成超疏水表面的十八烷基三氯硅烷（ODS）作为疏液液体时，ODS分子通过脱水收缩被排出，并逐渐与空气中的水分子反应，在凝胶表面形成像荷叶一样的凹凸结构（图2c）。该表面与水滴的接触角超过150°，并表现出与荷叶类似的超强防水特性。由于内部横截面积与凝胶切割前一样透明，因此发现只有排出的ODS分子与空气中的水发生反应。此外，由于当保存在空气中时，切割表面逐渐变白并表现出超强的防水特性，因此发现凝胶具有自我恢复功能。

图2：(a)温度可逆控制脱水收缩的照片 (b) 温度依赖性脱水收缩凝胶表面滑动冰的照片（冰块是在圆柱形容器中制成的。） (c) 含有ODS的凝胶超疏水表面的自发形成及其自我恢复（比例尺：10μm）。

所开发的表面处理技术的最大优点是对各种粘性液体和冰表现出优异的抗粘附特性。此外，由于其优异的透明度，它在农业、渔业、建筑、土木工程以及包装等领域具有广泛的应用前景。例如，由于海藻、藤壶等容易附着在发电厂进水口和船底，导致热导率下降和流动阻力增加，造成大量能量损失。利用发达的表面处理技术，有望抑制这些生物的附着。此外，由于它可以大大减少冰雪的附着力，因此可以应用于防止积雪引起的温室腐败、大雪地区的房屋维护、减少冰雪飘落造成的危险、火车和飞机的安全运行以及雪灾措施。

通过与公司合作，研究人员的目标是在三年内实施所开发的技术，解决了适合用途和材料的凝胶成分的选择和优化、安全测试、硬度改进以及探索批量生产的涂层方法等问题。