随着智能手机的普及，手机的防水功能成为大家热衷讨论的话题。那么，现在市场上所谓的防水手机是否都真正防水，而最新的防水功能又是如何实现的呢？

在普通手机表面镀覆了纳米功能高分子薄膜后所达到的很好的防水效果。在电路板与电子元器件上均匀镀覆了高分子纳米薄膜后，即使长时间浸泡水中，手机仍可正常工作，而这些镀层的厚度仅为我们头发直径的几百分之一。这与传统的手机防水技术，即依靠外壳密封实现防水有着本质区别——传统的密封防水技术成本高，只适用于一定压力，且有效工作时间有限；而纳米镀层技术通过包裹电子器件表面，从根本上隔绝了水与电路的接触。

    那么，问题来了，究竟什么是功能高分子纳米薄膜呢？

     1 什么是功能性高分子薄膜

    在材料学领域，薄膜材料是指只在两个维度上具有宏观尺度的材料，也就是说厚度在约1纳米到几微米之间的材料，石墨烯便是一种典型的薄膜材料。功能高分子薄膜，即由高分子材料组成的功能性薄膜，根据其组成的化学结构以及表面官能团分布，可以具有亲水、疏水、抗生物吸附、环境响应，以及特殊的电学、光学等性能，因而在材料表面改性、生物医学、柔性光电子器件等诸多领域均有着广泛应用。

   手机与纺织品表面所镀覆的薄膜仅为几十到几百纳米，肉眼根本无法察觉。而只要涂覆均匀，厚度控制在纳米级，薄膜对物品本身的性质与功能，如纺织品的手感与颜色、手机的通话与上网等均不会产生影响。当我们镀覆的薄膜为疏水材料时，镀层可以有效阻隔水与物品表面的接触，从而达到防水效果。此外，当镀覆的薄膜材料表面能较低，且表面具有微纳结构时，还可以使其体现如荷叶般的超疏水效果。

 2 如何在物体表面均匀涂覆纳米高分子镀层

    传统的液相高分子薄膜制备方法（如喷涂、浸涂、旋涂等）较难控制薄膜厚度，在结构复杂的表面难以形成均匀薄膜。涂覆薄膜过程中往往需要使用有机溶剂，因此不适用于对有机溶剂敏感的基底（如塑料等）。同时，由于高分子结构复杂、分子量大、高温下易分解，因此无法使用传统的化学气相沉积和物理气相沉积等薄膜制备方法。使用等离子体化学气相沉积（PECVD）可以制备高分子薄膜，但薄膜的化学结构无法精确控制且所需官能团不易保存。

    引发式化学气相沉积（iCVD）方法是一种绿色新型的功能高分子薄膜制备方法。结合传统的液相自由基聚合反应与化学气相沉积技术，iCVD方法将聚合所需的引发剂和功能单体气化引入腔体，在较低加热温度下诱导引发剂裂解，使单体聚合成高分子薄膜沉积于基底上。沉积过程中基底温度控制在室温范围，因此不会伤害其性能。与传统液相制备过程相比，iCVD法制得薄膜致密均匀、厚度可控，且适用于任何材质的基底；与PECVD等高能气相法相比，其条件温和、过程可控，且可完美保留所需官能团。 

 

图1：iCVD反应原理示意图

 

 3 引发式化学气相沉积的应用前景

     由于引发式化学气相沉积结合了液相自由基聚合与化学气相沉积的特点，应用前景十分广阔。不同高分子材料具备的丰富官能团可以赋予多种功能特性。引发式化学气相沉积可通过选择带有特定官能团的单体，制备各种不同功能的高分子纳米薄膜。

    带低表面能官能团的薄膜，可使衣服、鞋子、户外装备具备防水防污功能，电子产品具备防水功能，玻璃、太阳能板等具备防雾、防覆冰功能；带亲水基团的薄膜，可使植入人体的器官、医疗设备具备抗生物吸附性能，提高生物相容性，还可使反渗透膜等水下工作设备减少生物污染、延长使用寿命；低摩擦系数的高分子薄膜，可使精密机械表面润滑、降低阻力；绝缘性能良好的高分子薄膜，可用于制备柔性电子设备的绝缘层、封装层等。 

 

图2. 引发式化学气相沉积制备功能高分子薄膜的潜在应用

     4 引发式化学气相沉积的研发现状

    引发式化学气相沉积技术最早由美国麻省理工学院的Gleason教授团队开发，迄今经过了约10年的研究发展。除了Gleason实验室外，目前世界上从事该方面研究的主要还包括美国南加州大学的MalanchaGupta教授实验室，俄克拉荷马州立大学的Jessie Mao教授实验室，以及韩国先进技术研究院（KAIST）的Sung Gap Im教授实验室等少数科研团队。目前从事iCVD技术研究开发的还包括美国的GVD公司，主要提供干式润滑镀层等方面的服务。

 

    宁波大学叶羽敏博士的功能高分子薄膜实验室是目前国内唯一从事iCVD技术研究与应用的实验室。实验室主要研究方向包括：超疏水、疏油自清洁表面，高分子纳米薄膜，高分子生物医学薄膜，柔性电子器件的绝缘与封装薄膜等。同时，实验室目前正着力研发高分子纳米防护镀层在电子产品、防水透气功能面料等领域的工业化应用。 

 

图3：一张普通的纸巾在iCVD法镀覆高分子纳米薄膜后展示荷叶效应（lotus effect）