我就每天煎个蛋，怎么就污染地球了？

每天早晨，许多人把鸡蛋打进平底锅里，轻轻一抖，鸡蛋就能轻松翻面——这要归功于锅底那层几乎看不见的不粘涂层。几十年来，以特氟龙（Teflon）为代表的材料凭借超强的防水、防油特性，成为炊具、雨衣、外卖包装乃至化妆品里的明星材料。

但很少有人知道，这份“不粘”的便利之后，竟然蕴藏着化学与环境的双重难题。

使用不粘锅煎鸡蛋（图片来源：作者使用AI生成）

Part.1

特氟龙的“超能力”与“副作用”

特氟龙的“不粘”，靠的是一种名叫全氟和多氟烷基物质（PFAS）的化学物质。它也被称为“永远存在的化学品”，这是因为PFAS家族的成员都有一个共同特征——碳原子与氟原子紧密结合，形成的碳-氟键是自然界最稳定的化学键之一，甚至比大多数化学键都牢固。

这种化学键的直接效果就是让材料表面能变得极低，液体几乎无法浸润。就像水珠在荷叶上滚动一样，无论是水、油还是酱汁，都很难在这种表面上留下痕迹。这种“双保险”的不粘性能，迄今为止几乎没有其他材料能做到。正因如此，PFAS已被广泛应用于炊具、纺织品、日常用品和工业领域。

含氟持久防水剂使织物具有防水性能（图片来源：Wikipedia）

然而，这种“无敌”分子也带来了严重副作用。碳-氟键实在过于稳定，这种“永久化学品”几乎无法在自然环境中被分解。一旦进入环境，它们会长期残留在土壤、江河甚至雨水中，持续循环。更严重的是，它们还可能进入生物体内——科学研究表明，长链PFAS（如C8，八个碳的分子链）更容易在生物体内积累，并与肝损伤、免疫系统异常、甲状腺问题、某些癌症等健康风险相关；就算是短链PFAS（如C4、C6），虽然相对容易排出，但仍存在潜在毒性，且其使用量庞大，环境暴露风险极高。

科学家们早已意识到PFAS的危害，欧美多个国家已经禁止C8等长链PFAS的使用，对短链PFAS也提出严格限制。但问题是，市面上几乎没有其他能同时防水又防油的材料替代PFAS。人们尝试的硅基材料（如PDMS）虽然安全，却总是在防油上“掉链子”。这也是为什么直到今天，PFAS仍存在我们的生活里。

Part.2

和特氟龙说“再见”——“纳米羽毛”的诞生

最近，加拿大多伦多大学的科学家们提出了一种新思路。他们设计出一种“羽毛式纳米结构”的新型涂层，这种涂层防水防油的效果与特氟龙相当，却大幅减少了有害化学成分。这或许意味着，在不久的将来，我们真的可以和特氟龙说再见了。

在寻找替代材料的过程中，多伦多大学的科研团队把目光投向了一种常见的硅基材料——聚二甲基硅氧烷（PDMS）。这种材料在医学和日用品中早已普及，比如隐形眼镜，这也说明它本身相对安全。

但仅靠PDMS还不够，它在防水方面表现良好，却难以抵御油脂的渗透。怎么解决这个不足呢？PDMS安全防水但不防油，PFAS有毒但防油好，那不如两者相互取长补短：

研究人员通过特殊的化学方法，先让PDMS像刷毛一样排列在表面，形成柔软而灵活的“分子刷子”，为材料提供一定的防护层。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）。这就像在刷毛顶端插上了一簇簇小羽毛，让整个表面形成密集的小点。三氟甲基虽也属于PFAS，却是其中最小、最不容易累积的类型，风险大大降低。

通过纳米羽毛的化学方法来改造材料表面（图片来源：参考文献[1]）

实验数据显示，每根PDMS刷毛大约能结合7个 -CF₃ 基团，在纳米尺度上，这些基团整齐排列，如同箭尾羽毛般展开，因此这种设计被形象地称为“纳米羽毛”。

别看这“羽毛”小小，效果却出乎意料。研究团队发现，改性后的表面在多种低表面张力的油类测试中表现优异，油滴很难附着和扩散，其防油能力与目前常用的短链PFAS涂层几乎相当。

不同表面在喷洒低表面张力液体时的润湿与排斥效果（图片来源：参考文献[1]）

但更重要的是，这种方法所需的氟元素含量大大降低，仅为传统短链PFAS的八分之一，甚至比某些常见涂层低四十倍！这意味着在保持性能的同时，材料释放到环境中的潜在风险也显著下降。

更令人振奋的是，这种技术不仅适用于实验室条件下的硅片，还能成功应用于织物、金属和塑料等多种常见材料，显示出广泛的应用潜力。

Part.3

更安全的“不粘”未来

“纳米羽毛”最大价值在于，它打破了长期以来的固化认知与现实僵局，在性能与安全之间找到了平衡。

过去，科学界普遍认为，想要获得良好的防油性能，就必须依赖长链的PFAS分子，可这绕不开高毒性和生物累积风险；而现在，研究人员证明，强大的防油性能并不一定要依赖冗长的氟碳链，分子层面的精巧设计同样能够实现性能突破。。我们终于有望摆脱“要么安全、要么好用”的两难选择，从健康和环境的角度看，这是一大进步。

纳米羽毛技术并不是终点，而更像是一块铺路石。它告诉我们：只要找对思路，就可能找到安全和好用之间的平衡。未来，随着技术的优化，我们甚至有可能用上完全不含PFAS的产品——到那时，“不粘”的便利再也不用拿安全来置换了。

参考文献:

[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：科普中国

作者：邵文亚、杨超

监制：中国科普博览

本文仅代表作者观点，不代表中国科普博览立场

本文首发于中国科普博览（kepubolan）

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