每天早晨，許多人把雞蛋打進平底鍋裏，輕輕一抖，雞蛋就能輕鬆翻面——這要歸功於鍋底那層幾乎看不見的不粘塗層。幾十年來，以特氟龍（Teflon）爲代表的材料憑藉超強的防水、防油特性，成爲炊具、雨衣、外賣包裝乃至化妝品裏的明星材料。

但很少有人知道，這份“不粘”的便利之後，竟然蘊藏着化學與環境的雙重難題。

使用不粘鍋煎雞蛋

（圖片來源：作者使用AI生成）

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（PFAS）的化學物質。它也被稱爲“永遠存在的化學品”，這是因爲PFAS家族的成員都有一個共同特徵——碳原子與氟原子緊密結合，形成的碳-氟鍵是自然界最穩定的化學鍵之一，甚至比大多數化學鍵都牢固。

這種化學鍵的直接效果就是讓材料表面能變得極低，液體幾乎無法浸潤。就像水珠在荷葉上滾動一樣，無論是水、油還是醬汁，都很難在這種表面上留下痕跡。這種“雙保險”的不粘性能，迄今爲止幾乎沒有其他材料能做到。正因如此，PFAS已被廣泛應用於炊具、紡織品、日常用品和工業領域。

含氟持久防水劑使織物具有防水性能

（圖片來源：Wikipedia）

然而，這種“無敵”分子也帶來了嚴重副作用。碳-氟鍵實在過於穩定，這種“永久化學品”幾乎無法在自然環境中被分解。一旦進入環境，它們會長期殘留在土壤、江河甚至雨水中，持續循環。更嚴重的是，它們還可能進入生物體內——科學研究表明，長鏈PFAS（如C8，八個碳的分子鏈）更容易在生物體內積累，並與肝損傷、免疫系統異常、甲狀腺問題、某些癌症等健康風險相關；就算是短鏈PFAS（如C4、C6），雖然相對容易排出，但仍存在潛在毒性，且其使用量龐大，環境暴露風險極高。

科學家們早已意識到PFAS的危害，歐美多個國家已經禁止C8等長鏈PFAS的使用，對短鏈PFAS也提出嚴格限制。但問題是，市面上幾乎沒有其他能同時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”。這也是爲什麼直到今天，PFAS仍存在我們的生活裏。

和特氟龍說“再見”——“納米羽毛”的誕生

最近，加拿大多倫多大學的科學家們提出了一種新思路。他們設計出一種“羽毛式納米結構”的新型塗層，這種塗層防水防油的效果與特氟龍相當，卻大幅減少了有害化學成分。這或許意味着，在不久的將來，我們真的可以和特氟龍說再見了。

在尋找替代材料的過程中，多倫多大學的科研團隊把目光投向了一種常見的硅基材料——聚二甲基硅氧烷（PDMS）。這種材料在醫學和日用品中早已普及，比如隱形眼鏡，這也說明它本身相對安全。

但僅靠PDMS還不夠，它在防水方面表現良好，卻難以抵禦油脂的滲透。怎麼解決這個不足呢？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補短：

研究人員通過特殊的化學方法，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”，爲材料提供一定的防護層。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（-CF₃）。這就像在刷毛頂端插上了一簇簇小羽毛，讓整個表面形成密集的小點。三氟甲基雖也屬於PFAS，卻是其中最小、最不容易累積的類型，風險大大降低。

通過納米羽毛的化學方法來改造材料表面

（圖片來源：參考文獻[1]）

實驗數據顯示，每根PDMS刷毛大約能結合7個 -CF₃ 基團，在納米尺度上，這些基團整齊排列，如同箭尾羽毛般展開，因此這種設計被形象地稱爲“納米羽毛”。

別看這“羽毛”小小，效果卻出乎意料。研究團隊發現，改性後的表面在多種低表面張力的油類測試中表現優異，油滴很難附着和擴散，其防油能力與目前常用的短鏈PFAS塗層幾乎相當。

不同表面在噴灑低表面張力液體時的潤溼與排斥效果

（圖片來源：參考文獻[1]）

但更重要的是，這種方法所需的氟元素含量大大降低，僅爲傳統短鏈PFAS的八分之一，甚至比某些常見塗層低四十倍！這意味着在保持性能的同時，材料釋放到環境中的潛在風險也顯著下降。

更令人振奮的是，這種技術不僅適用於實驗室條件下的硅片，還能成功應用於織物、金屬和塑料等多種常見材料，顯示出廣泛的應用潛力。

更安全的“不粘”未來

“納米羽毛”最大價值在於，它打破了長期以來的固化認知與現實僵局，在性能與安全之間找到了平衡。

過去，科學界普遍認爲，想要獲得良好的防油性能，就必須依賴長鏈的PFAS分子，可這繞不開高毒性和生物累積風險；而現在，研究人員證明，強大的防油性能並不一定要依賴冗長的氟碳鏈，分子層面的精巧設計同樣能夠實現性能突破。。我們終於有望擺脫“要麼安全、要麼好用”的兩難選擇，從健康和環境的角度看，這是一大進步。

納米羽毛技術並不是終點，而更像是一塊鋪路石。它告訴我們：只要找對思路，就可能找到安全和好用之間的平衡。未來，隨着技術的優化，我們甚至有可能用上完全不含PFAS的產品——到那時，“不粘”的便利再也不用拿安全來置換了。

參考文獻：

[1]Au, Samuel, et al. "Nanoscale fletching of liquid-like polydimethylsiloxane with single perfluorocarbons enables sustainable oil-repellency." Nature Communications 16.1 (2025): 6789.

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出品：科普中國

作者：邵文亞(福建醫科大學副教授);楊超(深圳理工大學)

監製：中國科普博覽