隨著環(huán)境污染的不斷加劇，越來(lái)越嚴(yán)重的霧霾、油性煙霧、尾氣廢氣等給建筑外墻等帶來(lái)嚴(yán)重的侵蝕，影響其美觀性、功能性及耐久性。耐沾污能力差是傳統(tǒng)外墻材料普遍存在的缺點(diǎn)，在一定程度上制約了其應(yīng)用。因此，針對(duì)目前外墻材料耐污能力不足的問(wèn)題，具有自清潔功能的材料成為研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn) 。
清潔被污染的建筑外墻等不僅需要較高的投入，而且表面活性劑的使用會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此具有自清潔效果的功能材料應(yīng)運(yùn)而生。自清潔材料能夠借助雨水等自然條件沖刷保持戶(hù)外物件表面干凈，不僅能夠降低維護(hù)費(fèi)用，減少勞動(dòng)力的需求，同時(shí)可以將對(duì)環(huán)境的污染降到最低，可廣泛應(yīng)用于高層建筑、幕墻、橋梁及汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電等多個(gè)領(lǐng)域。
超疏水自清潔
超疏水表面通常是指水滴接觸角 ＞150°，滾動(dòng)角＜10°的表面，水滴在其表面無(wú)法鋪展而保持球形滾動(dòng)狀，從而達(dá)到滾動(dòng)自清潔的效果 ?？梢灶?lèi)比自然界中荷葉超疏水自清潔現(xiàn)象。由于超疏水表面的特殊浸潤(rùn)性，使得其在自清潔、防腐蝕、防霧、防覆冰、油水分離、流體減阻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用 。
微小的水滴沉積在超疏水表面時(shí)，由于較低的表面能就會(huì)形成球形液滴，減小了水滴和基材表面的接觸面積，此時(shí)水滴有較大的接觸角，一般大于 150°。如果超疏水表面的表面能比污染物的低，則污染物就很難穩(wěn)定地附著在其表面，自清潔的實(shí)現(xiàn)需要水滴與污染物顆粒接觸，以水滴的滾動(dòng)帶走污染物。
自然界中普遍存在通過(guò)形成疏水表面來(lái)達(dá)到自清潔功能的現(xiàn)象，例如以荷葉為代表的多種植物的葉子和花、昆蟲(chóng)的腿和翅膀等均表現(xiàn)出低粘附、自清潔能力，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“荷葉效應(yīng)”?！昂扇~效應(yīng)”的仿生學(xué)原理是自清潔技術(shù)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ) 。
20 世紀(jì)70 年代，德國(guó)波恩大學(xué)植物家 W．Barthlott 和 Neinhuis等系統(tǒng)地研究了荷葉表面的自清潔效應(yīng)，通過(guò)電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)荷葉表面生長(zhǎng)著無(wú)數(shù)微米乳突，并且其表面覆蓋著納米蠟質(zhì)晶體。2002 年，中科院化學(xué)所江雷等研究發(fā)現(xiàn)荷葉表面微米乳突上還存在納米結(jié)構(gòu)，乳突的平均直徑為 5～9 μm，每個(gè)乳突表面還分布著直徑約為 124 nm 的絨毛，研究還發(fā)現(xiàn)這些乳突之間也存在納米結(jié)構(gòu)(圖 1)。大量研究證實(shí)，微米、納米級(jí)的微觀粗糙結(jié)構(gòu)及具有低表面能的蠟質(zhì)晶體的共同作用，使荷葉表面具有高水接觸角、低滾動(dòng)角，從而表現(xiàn)出超疏水自清潔效果。
超疏水自清潔表面的研究現(xiàn)狀
獲得超疏水表面的手段通常是降低表面能或在表面構(gòu)造微納米粗糙結(jié)構(gòu)或者二者兼具。
超疏水表面由于其獨(dú)一無(wú)二的表面特性具有極大的應(yīng)用前景，但由于制備過(guò)程繁瑣，產(chǎn)品耐候性差，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還存在一定的局限性。
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目前該領(lǐng)域需要突破的重點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：
開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易得、經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的制備方法。目前制備超疏水表面的方法大多工藝復(fù)雜，條件苛刻，難以適用于大面積制備。比如應(yīng)用在建筑外墻上的自清潔涂料，最好可以噴涂、滾涂等方式施工，并且可以室溫固化，這一點(diǎn)對(duì)于自清潔涂料在建筑行業(yè)的應(yīng)用有重要意義。
提高超疏水表面的附著力與耐候性。由于空氣中大量的污染物顆粒會(huì)吸附聚集在固體表面，表面水滴的接觸角會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，附著力逐漸降低，自清潔性也隨之降低。
開(kāi)發(fā)超雙疏表面。超疏水表面一般都會(huì)表現(xiàn)出親油性，不易被水潤(rùn)濕，存在靜電吸附污染，為了提高超疏水表面的疏油性，開(kāi)發(fā)具有超疏水/疏油性能的產(chǎn)品將是以后的一個(gè)發(fā)展方向。