李 曉，盛麗萍，王宇軒

(1.湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，中國(guó) 長(zhǎng)沙 410081；2. 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，中國(guó) 北京 100190)

在探索科學(xué)的路上，自然界及生物體本身獨(dú)有的一些性質(zhì)引起了人們廣泛關(guān)注。比如，清晨或雨后荷葉表面滾動(dòng)的水珠，除了引發(fā)文人墨客無(wú)數(shù)詩(shī)情，更吸引了科學(xué)研究者們的注意。比如，荷葉表面、水黽足、蝴蝶翅膀等[1-6]，它們的表面同時(shí)具備超大的接觸角和低滾動(dòng)角，這樣的表面在自清潔、防污防菌、防冰抑霜、油水分離、流體減阻、冷凝換熱等方面都展現(xiàn)出極大的應(yīng)用價(jià)值[7-10]。因此，人們?cè)诤芏囝I(lǐng)域都嘗試引入超疏水性質(zhì)，對(duì)超疏水表面在實(shí)踐中的應(yīng)用寄予厚望，并在世界范圍內(nèi)掀起了超疏水表面的研究熱潮[11，12]。

在單一超疏水功能越來(lái)越不能滿(mǎn)足多種應(yīng)用需求時(shí)，開(kāi)發(fā)更具有實(shí)踐意義的多功能超疏水表面成為該領(lǐng)域的主要研究方向[13,14]。但各種功能得以展現(xiàn)的前提是超疏水表面在各種環(huán)境下具有優(yōu)秀的耐久性，因此，以提高耐久性目的的機(jī)械魯棒性和自愈性超疏水表面也成了近年的研究熱點(diǎn)。因此，本文將從超疏水原理、多功能超疏水表面、耐久性超疏水表面3方面介紹該領(lǐng)域的最新研制進(jìn)展。

1 超疏水表面的原理

學(xué)術(shù)界一般將接觸角大于90°的固體表面稱(chēng)為疏水表面，接觸角大于150°為超疏水表面，接觸角小于90°為親水表面，小于5°為超親水表面。研究表面接觸角的常見(jiàn)模型有Young’s方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型[15]。Young’s方程只適用于表面組成均勻、平滑的理想表面；Wenzel模型是假設(shè)液滴與凹槽中的固體表面接觸；Cassie-Baxter模型假設(shè)液滴是與凹槽內(nèi)的空氣接觸，如圖1(a)[16]。Wenzel模型下可以通過(guò)增加粗糙度來(lái)增加親水表面的親水性和疏水表面的疏水性。Cassie-Baxter模型下，則只表現(xiàn)出隨表面粗糙度增加，表面疏水性增強(qiáng)。Cassie-Baxter模型被廣泛用于解釋超疏水現(xiàn)象，實(shí)際情況下液滴在表面的存在形式也可能是介于Wenzel和Cassie-Baxter模型之間，或在二者之間轉(zhuǎn)換[5,17]，而有的情況這兩個(gè)模型也并不能完全解釋?zhuān)F(xiàn)階段也有提出更復(fù)雜的模型解釋[18]。

Extrand等人[1]更為細(xì)致地考慮了荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)，比如其表面的半球狀突起，突起上覆蓋著蠟晶體的二級(jí)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)垂直向外突出，形成無(wú)數(shù)的銳利邊緣，如圖1(b)，他們從理論上構(gòu)建了該結(jié)構(gòu)，并模擬荷葉所表現(xiàn)出的接觸角和滑動(dòng)角，與真實(shí)荷葉表面的接觸角對(duì)比，他們預(yù)計(jì)荷葉的潤(rùn)濕行為不僅取決于表面微觀結(jié)構(gòu)和液體性質(zhì)，還取決于液滴的大小和形狀。Bittoun 等人[19]比較了3種幾何形狀的粗糙結(jié)構(gòu)，形狀如圖1(c)，通過(guò)公式計(jì)算得出圓頂粗糙表面表現(xiàn)出的疏水結(jié)果是最優(yōu)的，隨著粗糙度的增加，濕潤(rùn)面積減少，接觸角增大。圓頂形狀正是荷葉表面的粗糙結(jié)構(gòu)。這些研究都為更加精細(xì)地設(shè)計(jì)超疏水表面提供了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

圖1 (a)超疏水表面原理示意圖Wenzel 模型和Cassie-Baxter 模型中液滴在固體表面的示意圖[16]；(b)荷葉頂面的掃描電子顯微照片[1]；(c)3種幾何形狀構(gòu)建的粗糙結(jié)構(gòu)示例[19]Fig. 1 (a) Schematic diagram of droplets on solid surfaces in Wenzel model and Cassie-Baxter[16]； (b) SEM of lotus apex[1]；(c) Example of a rough structure constructed from three geometric shapes[19]

2 多功能超疏水表面

在單一的超疏水功能越來(lái)越不能滿(mǎn)足多種應(yīng)用需求時(shí)，開(kāi)發(fā)更具有實(shí)踐意義的與其它功能復(fù)合的多功能超疏水表面，提高其在不同領(lǐng)域的實(shí)用性已經(jīng)成為超疏水的一大主要研究方向。在超疏水的基礎(chǔ)上，可以附加的功能特別多，比如性質(zhì)轉(zhuǎn)變、超雙疏、催化、油水分離、發(fā)光、透光、隱身[8，17]等功能，本文重點(diǎn)介紹附加前4種功能的超疏水表面。

2.1 性質(zhì)轉(zhuǎn)變表面

與超疏水性相對(duì)應(yīng)的，便是超親水或者是超疏油，研究者們通過(guò)不同的方式將二者在一個(gè)表面上結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了超親水或者超疏油與超疏水之間的轉(zhuǎn)換，這也是智能表面的一個(gè)分支[20-24]，大大拓寬了超疏水表面的應(yīng)用領(lǐng)域。

Tsougeni等[25]將對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚醚酮(PEEK)進(jìn)行不同類(lèi)型的等離子體處理，既可以制備出超親水表面，又可以使其轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的超疏水表面。經(jīng)O2等離子體處理后，聚合物表面會(huì)表現(xiàn)出超親水性(接觸角<5°)，這是表面氧化和表面粗糙度提高的共同作用。輕度粗糙的表面經(jīng)老化后會(huì)恢復(fù)到它們的初始接觸角，而高度粗糙表面經(jīng)老化后具有更高的疏水性。O2等離子體蝕刻后，在C4F8等離子體中沉積可制備出超疏水表面，使表面呈現(xiàn)Cassie-Baxter狀態(tài)，靜態(tài)接觸角約為152°，滾動(dòng)角<8°，且該表面不會(huì)隨時(shí)間老化。

Feng等[26]報(bào)道了定向ZnO納米棒薄膜的可控潤(rùn)濕性，通過(guò)紫外輻照和暗貯交替實(shí)現(xiàn)潤(rùn)濕性的可逆改變。紫外線照射時(shí)氧化鋅表面會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，部分空穴會(huì)與晶格氧發(fā)生反應(yīng)，形成表面氧空位。在動(dòng)力學(xué)方面，水羥基的吸附相比氧更加有利，從而使表面親水性大大加強(qiáng)，同時(shí)粗糙表面的三維毛細(xì)效應(yīng)使接觸角進(jìn)一步降低，最終呈現(xiàn)超親水性。當(dāng)紫外線照射后的薄膜放置在黑暗中，在熱力學(xué)上氧的吸附更為有利，逐漸取代羥基，氧在缺陷位點(diǎn)上的鍵合也比羥基強(qiáng)，而后表面恢復(fù)到UV照射前超疏水的狀態(tài)。該轉(zhuǎn)換只在表層進(jìn)行，表層以下的結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)定，所以該潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)換可以表現(xiàn)良好的耐久性能，這對(duì)智能微流控開(kāi)關(guān)等智能設(shè)備的研發(fā)給出了重要啟示。

Li等人[21]開(kāi)發(fā)了一種綠色的冰模板法來(lái)構(gòu)建微尺度多孔結(jié)構(gòu)，使其對(duì)水和低表面張力有機(jī)液體都表現(xiàn)出優(yōu)異的超抗拒性。該表面對(duì)表面張力為73～23 mN·m-1的液滴表現(xiàn)出極強(qiáng)的排斥作用。多巴胺和親水氣相二氧化硅納米顆粒是主要的構(gòu)建材料，聚多巴胺結(jié)合二氧化硅納米顆粒形成多孔結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，再進(jìn)行兩步CVD處理，形成含氟烷基的低表面張力屏蔽層，微尺度多孔涂層就會(huì)由超親水變?yōu)槌p疏性。多孔結(jié)構(gòu)使空穴或孔隙中充滿(mǎn)空氣產(chǎn)生負(fù)的拉普拉斯壓力，顯示出拒油的能力，加之低表面張力的屏蔽層，最終實(shí)現(xiàn)表面超雙疏性。此外，由于聚多巴胺強(qiáng)大的結(jié)合能力使得多孔結(jié)構(gòu)可以附著在不同的基質(zhì)上，使得該涂層在陶瓷、鋁、聚甲基丙烯酸甲酯和木材上進(jìn)行試驗(yàn)均可成功涂覆，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 催化超疏水表面

水對(duì)于大部分有機(jī)合成反應(yīng)是有害的，但因?yàn)楦狈磻?yīng)或者環(huán)境等原因水總是不可避免地出現(xiàn)在物料里，并且很難去除干凈，因此研究者們便將超疏水性引入到催化劑表面，以達(dá)到保護(hù)催化劑和提高催化效能的目的[27,28]。

錳鉀礦-八面體分子篩(OMS-2)具備一個(gè)獨(dú)特的隧道結(jié)構(gòu)，能高效率地進(jìn)行氧氣交換，在低溫條件下具有良好的選擇還原(SCR)催化活性和耐堿性。然而，當(dāng)氣體中的水分超過(guò)10%時(shí)，OMS-2的SCR活性會(huì)急劇下降。Zhang等[29]以本體OMS-2棒狀晶體的錯(cuò)列粗糙結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)氣相沉積法對(duì)其表面進(jìn)行修飾，通過(guò)調(diào)節(jié)氣相沉積溫度，控制催化劑表面的疏水性，使其耐水性和自清潔性能得到顯著的提高。PDMS沉積在棒晶表面，不形成任何晶相，催化劑的孔結(jié)構(gòu)未被破壞，處理后的形貌特征與之前相比完全沒(méi)有改變。超疏水性能加成顯著提高了催化劑的穩(wěn)定性、抗水性能和自清潔性能，這為提高催化劑的催化性能提供了一種新方法。

光催化降解有機(jī)污染物，需要催化劑表面具有良好的親油性，若同時(shí)具備超疏水性，則具備了優(yōu)異的自清潔性能。Liang等[30]通過(guò)回流法較好地合成了MOF材料[Li2Sn2(BDC)3(H2O)2]n(LiSn)，該材料具備優(yōu)異的光催化性能和超疏水性。其中具有較小粒徑和較大表面積的LiSn-1有更多機(jī)會(huì)與有機(jī)物作用，且催化過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可重復(fù)使用，是降解水中有機(jī)污染物的有效可見(jiàn)光光催化劑。良好的超疏水性以及超親油性還使其具備極好的水油分離能力，研究發(fā)現(xiàn)該MOF材料可以很容易地涂覆在各種基底表面，即使是不銹鋼絲和74 μm濾布也可以很好附著。

Li等[27]通過(guò)“浸漬干燥”工藝制備了銀摻雜TiO2@聚碳酸酯(DA-TiO2(Ag)@PC)，顯示出優(yōu)良的光催化性能和多種環(huán)境的優(yōu)良適用性。用E-DA-TiO2(Ag)@PC及膠水分別處理玻璃、鐵、陶瓷、紙張、木材、紡織等多種材料的基材后，均得到接觸角超過(guò)160°的超疏水表面。該涂層不僅表現(xiàn)出較高的基材附著力、耐磨損性能，同時(shí)表現(xiàn)出在不同pH值、溫度、離子濃度、長(zhǎng)時(shí)間等條件下的耐用性，且對(duì)中性RhB、正電性MB、負(fù)電性MO等不同的有機(jī)染料有較好的降解效率，涂層在不改變超疏水性能和降解能力的前提下可重復(fù)使用5次。

2.3 油水分離超疏水表面

隨著全球工業(yè)的發(fā)展，原油泄漏事故、工業(yè)污水排放、含油污水造成的水污染已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，利用超疏水技術(shù)解決這一問(wèn)題成為熱點(diǎn)[31]。

電紡纖維膜在油水分離過(guò)程中具有分離效率高、通量大、制造成本低、操作方便等明顯優(yōu)勢(shì)[31]。Mikaeili等人[14]報(bào)道了一種以醋酸纖維素(CA)為基質(zhì)，利用靜電紡絲技術(shù)一步制備出具有超拒水/超吸油的多孔CA纖維墊。靜電紡絲處理使纖維表面粗糙度增加，同時(shí)使醋酸纖維素表面的總體羥基基團(tuán)減少，表面能降低，其接觸角可達(dá)154.3°，呈現(xiàn)超疏水性質(zhì)。但CA紡絲纖維的滾動(dòng)角很大，即使當(dāng)紡絲傾斜90°時(shí)，也沒(méi)有水脫落。因此，電紡絲CA纖維被稱(chēng)為超級(jí)拒水纖維。該紡絲墊具備超拒水和超吸油性，且其吸油能力是其質(zhì)量的30倍。墊子具備好的穩(wěn)定性，漂浮在水面上，17周內(nèi)不會(huì)吸收任何水分，在油水修復(fù)中具有很大的應(yīng)用前景。

Zhang等[32]通過(guò)電紡技術(shù)制造出具備超疏水和超親油性質(zhì)的聚乳酸(PLA) /γ-Fe2O3復(fù)合膜。PLA電紡纖維膜表面均勻分散γ-Fe2O3納米顆粒，使表面粗糙度增加。復(fù)合膜具有纖維間微孔和纖維上納米孔的雙尺度多孔結(jié)構(gòu)，使其具有超疏水和超親油性。該復(fù)合膜對(duì)相對(duì)低粘度、高表面張力的油吸附能力很強(qiáng)，而對(duì)低粘度、低表面張力或高粘度、高表面張力的油吸附能力較低。但其吸附能力比其他的大多數(shù)多孔材料好，因?yàn)槊扛w維上的納米孔為油的吸附提供了空間，纖維之間的微孔為油水分離過(guò)程中油的滲透提供了通道，雙尺度多孔結(jié)構(gòu)也使其相比常見(jiàn)的纖維膜具有更大的體積吸油，也為復(fù)合膜在吸油過(guò)程中的體積膨脹提供了更大空間，而PLA的親油性提供了復(fù)合膜和油之間強(qiáng)有力的附著力。該復(fù)合膜顯示出高吸附容量及穩(wěn)定性，即使在10個(gè)吸附/脫附周期后，仍然比大多數(shù)的吸附劑好，且有較高的油滲透通量，能進(jìn)行一次性吸附和連續(xù)的油/水分離，還可在低溫條件下應(yīng)用。此外，PLA是一種可生物降解的聚合物，生物相容性?xún)?yōu)良，因此該復(fù)合膜的廣泛應(yīng)用不會(huì)給環(huán)境帶來(lái)二次污染。

對(duì)普通濾紙進(jìn)行加工賦予其超疏水-超親油性，也使其在油水分離領(lǐng)域有良好應(yīng)用能力。Yang等[33]利用原位還原法和種子生長(zhǎng)法處理濾紙表面，再通過(guò)表面改性成功制備了具有良好耐化學(xué)腐蝕性、熱穩(wěn)定性和油水分離性能的超疏水-超親油濾紙。水滴在其表面的最大接觸角為155°，滾動(dòng)角小于5°，并且油滴能瞬間透過(guò)濾紙，對(duì)各種油水混合液具有較高的分離能力，油水分離效率高達(dá)88%。該微米級(jí)多孔濾紙由纖維素構(gòu)成，表面含有大量的羥基，利用還原法使銀納米顆粒在表面沉積，獲得微納表面，再用十二烷基硫醇表面改性降低表面能，制得該超疏水-超親油濾紙。該濾紙經(jīng)過(guò)5次吸油/脫油后，分離效率和超疏水性均能保持；在pH=1的鹽酸溶液、pH=13的氫氧化鈉溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%的氯化鈉溶液、熱水中分別浸泡48 h，或在空氣中暴露兩個(gè)月，表面仍具有超疏水性，證明了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 耐久性超疏水表面

超疏水表面的微/納米結(jié)構(gòu)是其實(shí)現(xiàn)超疏水性的關(guān)鍵，但這樣的紋理是脆弱的，當(dāng)材料面臨變形、劃傷或切割時(shí)，很容易被損壞。在實(shí)際應(yīng)用中風(fēng)沙磨損、水流沖擊等會(huì)對(duì)超疏水表面造成各種機(jī)械損傷，使其失去超疏水性能，因此研究學(xué)者們通過(guò)各種不同方式來(lái)提高超疏水表面的機(jī)械魯棒性和自愈性[9,15,23,25,34-36]。

3.1 機(jī)械魯棒性超疏水表面

Yamauchi等[37]報(bào)道了一種由微米級(jí)四足狀氧化鋅和PDMS復(fù)合而成的超疏水柔性材料，該材料具有耐磨、耐刮擦、耐切、耐液滴沖擊、耐彎曲、耐扭曲等多重特性。作者從刺豚魚(yú)獲得啟發(fā)，利用松散填充的四足狀氧化鋅提供的“二維針狀表面”和“三維多孔框架”，所得材料可以看作是由無(wú)機(jī)硬質(zhì)部分和彈性聚合物樹(shù)脂組成的混合框架，彈性聚合物PDMS在施加外力時(shí)發(fā)生變形，而無(wú)機(jī)骨架四足狀氧化鋅保持不變，嵌入的棘暴露于表面，形成新生針狀紋理(圖2)，類(lèi)似于刺豚魚(yú)皮膚。該材料對(duì)超疏水材料的設(shè)計(jì)有一定的啟示，不僅要模仿自然的超疏水結(jié)構(gòu)，更要向自然的非超疏水結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)。

Bai等[38]用懸浮高速氧燃料(SHVOF)熱噴涂制得具有獨(dú)特微納米級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水陶瓷表面，該涂層即使在1 000 ℃并進(jìn)行2 h的各種磨損試驗(yàn)后，仍表現(xiàn)出疏水性。該涂層利用稀土金屬原子Ce獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，加上獨(dú)特的SHVOF工藝使陶瓷納米結(jié)晶涂料的密度、強(qiáng)度和耐久性顯著提高，其中CeO2-SS涂層的表面最光滑，表面存在“尖峰”，其高度分布最不對(duì)稱(chēng)，表面紋理也最強(qiáng)，且該涂層表面疏水性對(duì)O和Ce物質(zhì)的量之比也很敏感。該涂層在高真空環(huán)境利用X射線濺射后，Ce4+從89.8%下降到72.8%，導(dǎo)致CA值從15°增加到104°。

Peng等[39]描述了一種同時(shí)具有機(jī)械和化學(xué)魯棒性的全有機(jī)柔性多重氟化的超疏水納米復(fù)合涂層(PKFE)。首先通過(guò)濕法處理實(shí)現(xiàn)多重氟化，使環(huán)氧樹(shù)脂、氟化固化劑、全氟聚醚、聚四氟乙烯(PTFE)納米顆粒和有機(jī)溶劑形成穩(wěn)定的聚合物/顆粒懸浮液，該懸浮液可以噴涂、拉絲或滾涂在幾乎任何基材上，即使經(jīng)過(guò)30次膠帶剝落周期，或者經(jīng)過(guò)200 g載荷下100次磨耗循環(huán)后，涂層仍保持良好的疏水性，涂層形貌幾乎沒(méi)有變化。作者設(shè)計(jì)了自相似方式失效的涂層，使涂層的暴露部分在結(jié)構(gòu)和功能上與底層/未受損層相似，柔性涂層可以緩沖液滴或射流峰值壓力產(chǎn)生的影響。PKFE涂層與4種現(xiàn)有的商用涂層相比具有優(yōu)越的魯棒性：抗剝落性是普通涂層的4倍左右，耐磨性是普通涂層的兩倍，耐化學(xué)性和耐高速液體沖擊能力幾乎超出后者一個(gè)數(shù)量級(jí)。該涂料具有多方面的魯棒性和可擴(kuò)展性，在嚴(yán)酷的化學(xué)工程以及基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸車(chē)輛和通信設(shè)備中有潛在的用途。

Wang等[3]提出去耦機(jī)制，將表面潤(rùn)濕性和機(jī)械魯棒性拆分至兩種不同的結(jié)構(gòu)尺度，分別在兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺度上進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，為超疏水表面設(shè)計(jì)并制備了具有優(yōu)良機(jī)械魯棒性的微結(jié)構(gòu)鎧甲，見(jiàn)圖3。他們結(jié)合CB疏水模型和機(jī)械力學(xué)原理設(shè)計(jì)得出微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，利用光刻、冷/熱壓等加工技術(shù)將鎧甲結(jié)構(gòu)制備于硅片、陶瓷、金屬、玻璃等普適性基材表面，與超疏水納米材料復(fù)合構(gòu)建出具有機(jī)械魯棒性的鎧甲化超疏水表面，很好地解決了超疏水表面機(jī)械魯棒性不足的問(wèn)題。該研究還同時(shí)實(shí)現(xiàn)了玻璃鎧甲化表面的高透光率，為該表面應(yīng)用于自清潔車(chē)用玻璃、太陽(yáng)能電池蓋板、建筑玻璃幕墻創(chuàng)造了必要條件。

圖2 刺豚魚(yú)的結(jié)構(gòu)及其骨骼，以及彈性針狀框架(四足狀ZnO+PDMS)的示意圖Fig. 2 Structure of the porcupinefish and its skeleton, and elastic acicular framework(ZnO-tetrapod+PDMS)

圖3 保護(hù)性微結(jié)構(gòu)“鎧甲”中容納疏水納米結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)超疏水表面的機(jī)械魯棒性的策略示意圖Fig. 3 Schematic showing the strategy for enhancing the mechanical stability of the superhydrophobic surface by housing water-repellent nanostructures within a protective microstructure “armour”

3.2 自愈性超疏水表面

像荷葉、三葉草這類(lèi)具備超疏水性質(zhì)的植物在受到破壞時(shí)可以通過(guò)再生來(lái)恢復(fù)其超疏水性，這一再生現(xiàn)象引發(fā)了人們的注意。自愈性超疏水表面可以通過(guò)儲(chǔ)備低表面能物質(zhì)并遷移至表面，或者通過(guò)改變環(huán)境或用溶液處理恢復(fù)被破壞的表面粗糙結(jié)構(gòu)[40,41]。

Liu等[40]利用介孔二氧化硅(silica)儲(chǔ)存疏水分子十八胺(ODA)，利用聚多巴胺(Pdop)層進(jìn)一步封裝silica-ODA，構(gòu)建Pdop@silica-ODA膠囊，利用ODA與聚多巴胺的化學(xué)鍵合獲得遷移動(dòng)力，并保持表面的疏水性。該涂層經(jīng)過(guò)10 s的O2等離子體處理刻蝕后，烷基鏈丟失，親水性Pdop層暴露，涂層變得超親水；而在正常環(huán)境中涂層會(huì)因?yàn)镺DA與聚多巴胺的化學(xué)鍵合而自我修復(fù)，恢復(fù)超疏水性。該涂層在承受20個(gè)周期的蝕刻-愈合過(guò)程后超疏水性不會(huì)降低，證明其自愈能力良好。Pdop層的包裹、抗氧化、光保護(hù)等作用使涂層具有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，使其在pH1.0～13.0接觸角都大于150°。

Liu等[42]提出在超疏水表面引入自愈性和氣體補(bǔ)償功能，以提高超疏水表面在水下環(huán)境的適用性。他們通過(guò)溶膠-凝膠法制備納米Na2CO3@SiO2微球顆粒，以Na2CO3@SiO2顆粒作為儲(chǔ)層，利用物理吸附和化學(xué)接枝將低表面能的愈合劑十三氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)保存在多孔Na2CO3@SiO2顆粒中，將改性后的多孔顆粒與PVDF及PMSR混合噴涂在基底上，可使WCA達(dá)到(158±1.5)°，滾動(dòng)角達(dá)到(4±0.5)°。在酸性條件下，多孔核-殼型顆粒既可儲(chǔ)存愈合劑POTS，又可作為原位氣體補(bǔ)償材料，水下維持超疏水時(shí)間可延長(zhǎng)4倍。摩擦受損后在室溫下放置24 h即可恢復(fù)超疏水性，提高溫度可加速恢復(fù)，此外涂層還具有較強(qiáng)的抗紫外線曝露能力，在戶(hù)外應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢(shì)。

用超疏水材料覆蓋建筑表面，可消除水分對(duì)建筑帶來(lái)的危害。Zulfiqar等[41]在磚、大理石和玻璃等建筑材料上開(kāi)發(fā)了一種耐用且自愈的超疏水涂層。該涂層是疏水性二氧化硅納米顆粒(H-SiO2NPs)和粘合劑的結(jié)合體，既保護(hù)了表面不受損傷，又具有超疏水性，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的丙酮處理獲得表面的自愈特性。粘接劑和H-SiO2NPs在磚、大理石和玻璃基材上形成多尺度粗糙結(jié)構(gòu)是這些表面疏水的關(guān)鍵。溶于丙酮的膠粘劑在經(jīng)丙酮處理后可以重新整理H-SiO2NPs和粘接劑的損傷區(qū)域，恢復(fù)超疏水性能。這對(duì)于建筑工業(yè)應(yīng)用十分有意義。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

研究者們深入研究超疏水的關(guān)鍵因素后，在各種功能材料的表面巧妙地融入微納粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能，實(shí)現(xiàn)了多種功能與超疏水的完美融合，比如將超親水、超疏油、催化、油水分離與超疏水相結(jié)合，獲得了本文提到的性質(zhì)轉(zhuǎn)變表面、超雙疏表面、催化超疏水表面、油水分離表面等。這需要學(xué)科交叉和創(chuàng)新，同時(shí)也體現(xiàn)了眾多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Τ杷砻娴膹V泛需求。超疏水表面由于其表面粗糙致使其局部出現(xiàn)高壓力而易破碎，即耐久性不足，這是阻礙超疏水表面邁向大面積應(yīng)用的最大障礙。研究者們?cè)谀途眯詥?wèn)題上提出了各種解決方案，使得該研究方向在近期獲得了長(zhǎng)足進(jìn)展。

但是多功能超疏水表面和耐久性超疏水表面尚未在實(shí)踐中獲得大規(guī)模應(yīng)用，這說(shuō)明該項(xiàng)科研工作需要加入更實(shí)際的考量，比如材料體系的環(huán)保性、生產(chǎn)工藝的便捷與低成本、超疏水和多功能的協(xié)同耐久性等等。因此，這個(gè)領(lǐng)域還需要研究者們展現(xiàn)更多的奇思妙想，研發(fā)更具實(shí)踐意義的多功能、耐久性的超疏水表面。當(dāng)這些問(wèn)題獲得進(jìn)一步突破時(shí)，超疏水表面必將成為我們未來(lái)日常生活中覆蓋面最廣的一種功能表面，而其它功能表面也必將在此基礎(chǔ)上被重新定義。未來(lái)超疏水表面必然是集超疏水、耐久性、多功能于一身，然而當(dāng)超疏水與耐久性之間的矛盾被統(tǒng)一時(shí)，其它功能與耐久性之間的矛盾將會(huì)越加突出，如何解決矛盾又將成為研究者們關(guān)注的下一個(gè)熱點(diǎn)。