每天早晨，許多人把雞蛋打進(jìn)平底鍋里，輕輕一抖，雞蛋就能輕松翻面——這要?dú)w功于鍋底那層幾乎看不見(jiàn)的不粘涂層。幾十年來(lái)，以特氟龍（Teflon）為代表的材料憑借超強(qiáng)的防水、防油特性，成為炊具、雨衣、外賣(mài)包裝乃至化妝品里的明星材料。

但很少有人知道，這份“不粘”的便利之后，竟然蘊(yùn)藏著化學(xué)與環(huán)境的雙重難題。

使用不粘鍋煎雞蛋（圖片來(lái)源：作者使用AI生成）

Part.1

特氟龍的“超能力”與“副作用”

特氟龍的“不粘”，靠的是一種名叫全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的化學(xué)物質(zhì)。它也被稱為“永遠(yuǎn)存在的化學(xué)品”，這是因?yàn)镻FAS家族的成員都有一個(gè)共同特征——碳原子與氟原子緊密結(jié)合，形成的碳-氟鍵是自然界最穩(wěn)定的化學(xué)鍵之一，甚至比大多數(shù)化學(xué)鍵都牢固。

這種化學(xué)鍵的直接效果就是讓材料表面能變得極低，液體幾乎無(wú)法浸潤(rùn)。就像水珠在荷葉上滾動(dòng)一樣，無(wú)論是水、油還是醬汁，都很難在這種表面上留下痕跡。這種“雙保險(xiǎn)”的不粘性能，迄今為止幾乎沒(méi)有其他材料能做到。正因如此，PFAS已被廣泛應(yīng)用于炊具、紡織品、日常用品和工業(yè)領(lǐng)域。

含氟持久防水劑使織物具有防水性能（圖片來(lái)源：Wikipedia）

然而，這種“無(wú)敵”分子也帶來(lái)了嚴(yán)重副作用。碳-氟鍵實(shí)在過(guò)于穩(wěn)定，這種“永久化學(xué)品”幾乎無(wú)法在自然環(huán)境中被分解。一旦進(jìn)入環(huán)境，它們會(huì)長(zhǎng)期殘留在土壤、江河甚至雨水中，持續(xù)循環(huán)。更嚴(yán)重的是，它們還可能進(jìn)入生物體內(nèi)——科學(xué)研究表明，長(zhǎng)鏈PFAS（如C8，八個(gè)碳的分子鏈）更容易在生物體內(nèi)積累，并與肝損傷、免疫系統(tǒng)異常、甲狀腺問(wèn)題、某些癌癥等健康風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)；就算是短鏈PFAS（如C4、C6），雖然相對(duì)容易排出，但仍存在潛在毒性，且其使用量龐大，環(huán)境暴露風(fēng)險(xiǎn)極高。

科學(xué)家們?cè)缫岩庾R(shí)到PFAS的危害，歐美多個(gè)國(guó)家已經(jīng)禁止C8等長(zhǎng)鏈PFAS的使用，對(duì)短鏈PFAS也提出嚴(yán)格限制。但問(wèn)題是，市面上幾乎沒(méi)有其他能同時(shí)防水又防油的材料替代PFAS。人們嘗試的硅基材料（如PDMS）雖然安全，卻總是在防油上“掉鏈子”。這也是為什么直到今天，PFAS仍存在我們的生活里。

Part.2

和特氟龍說(shuō)“再見(jiàn)”——“納米羽毛”的誕生

最近，加拿大多倫多大學(xué)的科學(xué)家們提出了一種新思路。他們?cè)O(shè)計(jì)出一種“羽毛式納米結(jié)構(gòu)”的新型涂層，這種涂層防水防油的效果與特氟龍相當(dāng)，卻大幅減少了有害化學(xué)成分。這或許意味著，在不久的將來(lái)，我們真的可以和特氟龍說(shuō)再見(jiàn)了。

在尋找替代材料的過(guò)程中，多倫多大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)把目光投向了一種常見(jiàn)的硅基材料——聚二甲基硅氧烷（PDMS）。這種材料在醫(yī)學(xué)和日用品中早已普及，比如隱形眼鏡，這也說(shuō)明它本身相對(duì)安全。

但僅靠PDMS還不夠，它在防水方面表現(xiàn)良好，卻難以抵御油脂的滲透。怎么解決這個(gè)不足呢？PDMS安全防水但不防油，PFAS有毒但防油好，那不如兩者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短：

研究人員通過(guò)特殊的化學(xué)方法，先讓PDMS像刷毛一樣排列在表面，形成柔軟而靈活的“分子刷子”，為材料提供一定的防護(hù)層。再在PDMS刷毛的末端，接上最短的PFAS分子片段，也就是三氟甲基（-CF?）。這就像在刷毛頂端插上了一簇簇小羽毛，讓整個(gè)表面形成密集的小點(diǎn)。三氟甲基雖也屬于PFAS，卻是其中最小、最不容易累積的類型，風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

通過(guò)納米羽毛的化學(xué)方法來(lái)改造材料表面（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，每根PDMS刷毛大約能結(jié)合7個(gè) -CF? 基團(tuán)，在納米尺度上，這些基團(tuán)整齊排列，如同箭尾羽毛般展開(kāi)，因此這種設(shè)計(jì)被形象地稱為“納米羽毛”。

別看這“羽毛”小小，效果卻出乎意料。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，改性后的表面在多種低表面張力的油類測(cè)試中表現(xiàn)優(yōu)異，油滴很難附著和擴(kuò)散，其防油能力與目前常用的短鏈PFAS涂層幾乎相當(dāng)。

不同表面在噴灑低表面張力液體時(shí)的潤(rùn)濕與排斥效果（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[1]）

但更重要的是，這種方法所需的氟元素含量大大降低，僅為傳統(tǒng)短鏈PFAS的八分之一，甚至比某些常見(jiàn)涂層低四十倍！這意味著在保持性能的同時(shí)，材料釋放到環(huán)境中的潛在風(fēng)險(xiǎn)也顯著下降。

更令人振奮的是，這種技術(shù)不僅適用于實(shí)驗(yàn)室條件下的硅片，還能成功應(yīng)用于織物、金屬和塑料等多種常見(jiàn)材料，顯示出廣泛的應(yīng)用潛力。

Part.3

更安全的“不粘”未來(lái)

“納米羽毛”最大價(jià)值在于，它打破了長(zhǎng)期以來(lái)的固化認(rèn)知與現(xiàn)實(shí)僵局，在性能與安全之間找到了平衡。

過(guò)去，科學(xué)界普遍認(rèn)為，想要獲得良好的防油性能，就必須依賴長(zhǎng)鏈的PFAS分子，可這繞不開(kāi)高毒性和生物累積風(fēng)險(xiǎn)；而現(xiàn)在，研究人員證明，強(qiáng)大的防油性能并不一定要依賴冗長(zhǎng)的氟碳鏈，分子層面的精巧設(shè)計(jì)同樣能夠?qū)崿F(xiàn)性能突破。。我們終于有望擺脫“要么安全、要么好用”的兩難選擇，從健康和環(huán)境的角度看，這是一大進(jìn)步。

納米羽毛技術(shù)并不是終點(diǎn)，而更像是一塊鋪路石。它告訴我們：只要找對(duì)思路，就可能找到安全和好用之間的平衡。未來(lái)，隨著技術(shù)的優(yōu)化，我們甚至有可能用上完全不含PFAS的產(chǎn)品——到那時(shí)，“不粘”的便利再也不用拿安全來(lái)置換了。

參考文獻(xiàn):

[1]Au, Samuel, et al. "Nanoscale fletching of liquid-like polydimethylsiloxane with single perfluorocarbons enables sustainable oil-repellency."Nature Communications16.1 (2025): 6789.

[2]Ateia, Mohamed, et al. "The overlooked short-and ultrashort-chain poly-and perfluorinated substances: A review."Chemosphere220 (2019): 866-882.

[3]Gannon, Shawn A., et al. "Absorption, distribution, metabolism, and excretion of [1-14C]-perfluorohexanoate ([14C]-PFHx) in rats and mice."Toxicology283.1 (2011): 55-62.

[4]Luz, Anthony L., et al. "Perfluorohexanoic acid toxicity, part I: Development of a chronic human health toxicity value for use in risk assessment."Regulatory Toxicology and Pharmacology103 (2019): 41-55.

出品：科普中國(guó)

作者：邵文亞、楊超

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽

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