基尔大学 研究小组使用一个复杂的过程，在流动过程中加入了两种纳米级的聚合物:在梯度层的扫描电子显微镜图像中，从PV3D3到特氟隆(聚四氟乙烯)的转变在这里被标记为从红色到蓝色的转变
学分:基尔大学 同时具有对比特性的材料——例如，它们一方面是软的，另一方面是硬的，这两种特性之间有一个逐渐的过渡——可以实现全新的应用，如抗反射透镜
在自然界中，这种融合特性确实很常见，例如在贻贝或人眼中
基尔大学的材料科学家一直在利用这一原理开发纳米尺度的新材料
他们现在已经成功地生产出具有这种逐渐变化的性能的超薄共聚物薄膜
作为多功能涂层，它们可以允许以微型形式进行复杂的光学和电子应用，例如微电子应用
他们的研究结果最近发表在《今日材料》杂志上，并出现在该期的封面上
受自然启发的材料特性 贻贝能如此牢固地附着在石头或码头上，以至于它们不能被洋流分开
为了使贻贝壳内的软组织稳定地停靠在石头的坚硬表面上，贻贝形成例如弹性粘合线，该粘合线朝向末端连续变得更硬
这是由于纤维内蛋白质的混合物从一端到另一端均匀变化
基于自然的这一原理，基尔的材料科学家开发出具有相似融合特性的独特薄膜材料，即所谓的梯度薄膜
斯特凡·施罗德解释说:“为了实现这一目标，我们将两种具有不同性质的纳米材料结合在一起。”
他是这项研究的第一作者，目前正在攻读博士学位
D
多组分材料主席
该研究首次展示了一种合成超薄聚合物薄膜等梯度材料的方法
施罗德和他的同事将聚四氟乙烯(聚四氟乙烯，更广为人知的商品名是“特氟隆”)与聚合物PV3D3结合在一起
所得到的材料组合可以用于例如飞机、冰箱或玻璃前部的涂层，以使它们更容易除冰
为此，施罗德和他的同事利用了这两种聚合物的不同特性:特氟隆不仅以其不粘特性而闻名，其表面也是疏水的
因此，水滴最好能立即滚落或轻微冻结，这样也更容易除冰
但是聚四氟乙烯本身很难应用于其他表面
另一方面，PV3D3的特征在于良好的粘合性能
通过在纳米水平上逐渐结合这两种材料，研究小组能够在平稳过渡中加入它们
一方面，粘合性特别好，另一方面，保留了不同的性质
结果是涂层材料具有防水的上侧和良好粘附的下侧
薄聚合物涂层——没那么容易生产 但是以可控的方式用聚合物涂覆表面并不容易
已经建立了用于涂覆金属或陶瓷材料的气相沉积或溅射工艺，其也已经在大工业规模上使用了几十年
然而，聚合物不能简单地蒸发或溅射而不分解
美国科学家凯伦·金
格里森提供了一种补救方法，她在20世纪90年代中期在麻省理工学院开发了化学气相沉积(iCVD)技术，施罗德在2017年曾在那里进行研究
作为博士论文的一部分，材料科学家斯特凡·施罗德开发了一种结合不同特性的纳米薄膜梯度共聚物薄膜的生产方法
信用:朱莉娅·希克曼，CAU 在这个过程中，气体与引发剂气体一起被送入反应室，在该反应室中设置有衬底表面
热量导致引发剂的化学键断裂，并引发连锁反应，”CAU大学复合材料系主任、研究领域金赛(基尔纳米、表面和界面科学)成员、博士生导师弗兰茨·福佩尔教授解释说
通过这种方式，引入的气体在衬底表面“生长”出一层聚合物薄膜
基尔的材料科学家更进一步
他们使用离子化学气相沉积工艺不仅生成了一层薄的聚合物层，同时还将两种聚合物逐渐结合在一起
在引入V3D3单体后，他们添加了聚四氟乙烯沉积的起始材料，并不断增加其浓度
与此同时，他们降低了V3D3的浓度，因此两者都在基材上形成聚合物膜，从基材表面开始，从纯PV3D3聚合物逐渐转变为纯聚四氟乙烯膜
一类新的有机梯度纳米材料 在离子化学气相沉积技术中，许多过程并行进行
“如果单个参数如衬底温度或反应器中单体气体的压力发生变化，最终材料将获得不同的性能
然而，为期望的性质找到正确的参数是非常复杂的，”施罗德解释说
因此，他为他们椅子的常规iCVD系统配备了一个开放离子源四极质谱仪
它能够原位观察反应室中的过程，并同时调节引发剂和两种单体的气体混合物的组成
由于这种高精度的控制，研究小组可以合成一个只有21纳米厚的聚合物梯度层
相比之下，人的头发直径约为50，000纳米
以前，只有宏观梯度是可能的
“如此薄的梯度薄膜实际上是一项世界纪录，也是一种新的有机梯度纳米材料，”Dr
托马斯·斯特伦斯库斯，工作组的研究助理
“特别是在光学应用中，例如，为了不损害窗户或透镜的光学性能，只有几纳米的涂层是至关重要的
“与涂料和空调技术部门的工业伙伴合作的第一批项目已经在筹备之中
可能的应用范围从微电子和传感器到光学和生物医学 研究中提出的方法也可用于实现具有新的化学和物理材料特性的其他聚合物组合
纳米聚合物薄膜也很有趣，例如，用于微机电系统技术(微机电系统)中的柔性微电子元件和传感器，或者将机械过程转移到纳米尺度的分子机器
现在发表的研究结果也将流入金赛旗下几个研究协会的工作中
“这些是材料科学的基本工具
应用范围从提高传感器功能层的粘附性，到开发药物向分子机器的受控释放材料，”福佩尔说
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