近日，中科院上海光機(jī)所高功率激光元件技術(shù)與工程部吳衛(wèi)平團(tuán)隊(duì)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(duì)與復(fù)旦大學(xué)合作，提出通過將一種柔性瓶刷形有機(jī)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(shí)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(hào)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(duì)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(zhǎng)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(shí)，需要保證光學(xué)元件本身的光學(xué)性能不受損失。

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(shí)物照片以及處理前后抗污性能對(duì)比；處理前后（b）油滴（正己烷）在表面的滑動(dòng)效果和（c）抗結(jié)冰效果對(duì)比。

在本項(xiàng)研究中，研究人員設(shè)計(jì)了一種全新的類液體超滑薄膜，通過簡(jiǎn)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(jī)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(rùn)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(duì)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(dòng)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(cè)試，驗(yàn)證了該表面在光學(xué)元件實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)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(guó)家自然科學(xué)青年和面上基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題等項(xiàng)目的支持。

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