工程师们研发出了一种新型不粘涂层，最终或许能与特氟龙一较高下——而且不会含有那些已经引发健康警报的危险“永久性化学物质”。

研究团队将硅树脂刷毛与尽可能小的全氟和多氟化合物（PFAS）分子结合在一起，创造出了一种表面，其防水防油效果与传统涂层一样有效。

更安全的不粘替代品问世

多伦多大学应用科学与工程学院的研究人员创造了一种新型材料，可能为炊具和其他日常用品中广泛使用的不粘涂层提供一种更安全的选择。

这项创新技术与许多标准不粘表面一样，都能有效防水防油，但全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 的含量却要少得多。PFAS 是一组与环境问题和健康问题息息相关的化学物质。

“研究界一直在努力开发更安全的 PFAS 替代品，至今已有很长时间了，”凯文·戈洛文 (Kevin Golovin) 教授（机械与工业工程系）说道，他是多伦多大学工程学院耐用拒水高级材料 (DREAM) 实验室的负责人。

“挑战在于，虽然很容易制造出一种能防水的物质，但很难制造出一种同样能防油和防脂的物质。科学家已经使这些替代材料的性能达到了极限。”

特氟龙和全氟及多氟化合物背后的科学

特氟龙（聚四氟乙烯或PTFE）最初于20世纪30年代末推出，因其具有防水、防油和防脂的特性而闻名。特氟龙是全氟和多氟化合物（PFAS）大家庭中的一员。

全氟和多氟化合物 (PFAS) 分子由与多个氟原子结合的碳原子组成。这些碳氟键极其稳定，从而赋予了 PFAS 强大的防粘性能。

同样的化学稳定性也使全氟和多氟化合物能够抵抗自然分解过程。由于在环境中持久存在，它们获得了“永恒化学物质”的绰号。

全氟和多氟化合物（PFAS）的健康隐患及其无处不在

除了持久性之外，全氟和多氟化合物还会在生物组织中积累，并且随着食物链的传递，其浓度会不断升高。

多项研究表明，接触高浓度的全氟和多氟化合物（PFAS）与某些类型的癌症、先天缺陷和其他健康问题有关，通常长链的全氟和多氟化合物被认为比短链的全氟和多氟化合物更有害。

尽管存在风险，但由于缺乏替代品，全氟和多氟化合物仍普遍存在于消费品中：它们不仅被广泛应用于炊具中，还被用于防雨织物、食品包装，甚至化妆品中。

寻找更安全的替代品

戈洛文（Golovin）说：“我们一直在研究用作全氟和多氟化合物 (PFAS) 替代品的材料，叫做聚二甲基硅氧烷 (PDMS)。”

“聚二甲基硅氧烷（PDMS）常以硅酮的名称出售，根据其配方不同，它的生物相容性可能非常好——事实上，它常被用于需植入体内的器械中。但到目前为止，我们还没能让PDMS的性能达到与全氟和多氟化合物（PFAS）相当的水平。”

为了解决这一问题，机械与工业工程（MIE）专业的博士生塞缪尔·欧开发了一种新的化学技术，研究团队称之为“纳米制羽术”。相关研究论文已发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

纳米级羽毛箭的模拟

Au 介绍称：“与典型的硅胶不同，我们将短链的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 粘接到一种基材上——你可以将它们想象成刷子上的刷毛。”

“为了提高它们的拒油能力，我们现在加入了尽可能短的PFAS分子，即由单个碳原子及其上面的三个氟原子组成。我们能够将大约七个这样的分子结合到每根PDMS刷毛的末端。

“如果你能缩小到纳米级别，它看起来会有点像箭尾部的羽毛，箭尾与弓相接合的地方。那叫箭羽，所以这就是纳米级的箭羽。”

以最小风险实现全氟和多氟化合物（PFAS）性能匹配

Au 和他的团队将这种新材料涂在一块织物上，然后在上面滴上各种油滴，观察其排斥油滴的效果。根据美国纺织化学家和染色家协会制定的标准，这种新涂层达到了 6 级，与许多标准的 PFAS 基涂层不相上下。

戈洛文（Golovin）说：“虽然我们在这个过程中确实使用了全氟和多氟化合物分子，但这是可能使用的最短的分子，因此不会发生生物累积。”

“从文献甚至法规中我们可以看到，首先被禁止的是长链全氟和多氟化合物 (PFAS)，因为短链 PFAS 被认为危害要小得多。我们的混合材料提供了与长链 PFAS 相同的性能，但风险大大降低。”

迈向无全氟和多氟化合物（PFAS）的未来

戈洛文表示，研究小组欢迎希望扩大规模并实现该工艺商业化的不粘涂层制造商前来合作。与此同时，他们将继续研发更多替代方案。

戈洛文（Golovin）说：“这个领域最神圣的追求，就是找到一种性能比特氟龙更好，但完全不含全氟和多氟化合物的物质。”

“我们尚未完全达到目标，但这是朝着正确方向迈出的重要一步。”

参考文献：2025年7月23日发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的文章《以全氟碳单质为“箭羽”实现类液体聚二甲基硅氧烷表面的纳米级修饰，赋予其持久拒油性能》，作者为塞缪尔·欧、杰里米·R·高蒂尔、博兰·库姆拉尔、托宾·费莱特、斯科特·马伯里和凯文·戈洛文。DOI：10.1038/s41467-025-62119-9

不要错过任何一项突破：订阅SciTechDaily新闻简报。