近年來，超疏水材料以其優(yōu)越的性能，超強的疏水能力，在家電行業(yè)的應(yīng)用前景越來越廣泛，引起了該領(lǐng)域?qū)＜业臉O大關(guān)注。這里介紹了超疏水材料超疏水性和自清潔原理，介紹了幾種常用的超疏水表面的制備方法，分析了影響超疏水表面疏水性能的主要因素并探索克服不利因素的方法，以期為學(xué)習(xí)、探討。

超疏水表面最初的靈感來源于”荷葉效應(yīng)”。20世紀(jì)90年代，德國植物學(xué)家波恩大學(xué)Barthlott等揭示了荷葉表面的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結(jié)構(gòu)，荷葉表面具有微米級的乳突，乳突上有納米級的蠟晶物質(zhì)，這種微-納米級的粗糙結(jié)構(gòu)可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導(dǎo)致水滴極易滾落。

超疏水性是一種特殊的潤濕性，一般指水滴在固體表面呈球狀，接觸角大于150度，滾動角小于10度。材料表面能（材料表面分子比內(nèi)部分子多出的能量）越低，疏水性越好，且當(dāng)?shù)捅砻婺懿牧暇哂形⒂^粗糙結(jié)構(gòu)時，水滴與材料之間會形成一層空氣膜，阻礙水對材料表面的潤濕，從而形成超疏水狀態(tài)。

超疏水表面特征

自然界中的很多植物葉片，如荷葉、粽葉、水稻葉、花生葉等，都具有超疏水能力。通過掃描電鏡觀察（如圖左），這些葉片的表面并不光滑，而是分布著很多微納米凸起。通過圖（右）可以看出，直徑約為125 nm的納米枝狀結(jié)構(gòu)分布于直徑約為7 μm 的微米級的乳突結(jié)構(gòu)上，形成分級構(gòu)造。同時，葉面還覆蓋有一薄層蠟狀物，其表面能很低。

當(dāng)雨水落在葉片表面時，凸起間隙中的空氣會被鎖定，雨水與葉面之間形成一層薄空氣層，這樣雨水只與凸起尖端形成點接觸，表面黏附力很弱。因此水在表面張力作用下可縮聚成球狀，并能在葉片表面隨意滾動。而灰塵與葉片也為點接觸，表面黏附力很小，很容易被水珠帶走。在分級構(gòu)造和蠟狀物的聯(lián)合作用下，葉片得以實現(xiàn)超疏水性和自清潔功效。

除了植物之外，自然界中的許多動物體表面也具有很強的疏水和自清潔功能，如鴨子羽毛、蝴蝶翅膀、水上蜘蛛、水黽、蟬等。因為水滴在超疏水材料表面滾落時可帶走污染物，使材料表面保持清潔。因此超疏水材料具有防水、防腐蝕、防冰以及防附著等多重特性。

超疏水現(xiàn)象視頻參考

超疏水理論

靜態(tài)接觸角是衡量固體表面疏水性的重要指標(biāo)之一，它是指在固、液、氣三相交界處，由氣/ 液界面穿過液體內(nèi)部至固/ 液界面所經(jīng)過的角度，是潤濕程度的量度，用α 表示，如圖（左）。90°的α值是判斷固體表面親水與疏水的臨界值：

1）α<90°，固體表面是親水性的；

2）α>90°，固體表面是疏水性的；

3）特別地，當(dāng)θ>150°時，水滴很難潤濕固體。

而且容易在其表面隨意滾動，這樣的表面被稱為超疏水表面，具有自清潔性能的超疏水表面是近年來的科研熱點。接觸角是表征固體表面疏水性能的靜態(tài)指標(biāo)，除此之外，衡量固體表面的疏水性能的動態(tài)指標(biāo)是滾動角，其數(shù)值越小，表明疏水性越好，相應(yīng)的自清潔功能越優(yōu)異。

超疏水表面的制備方法

了解疏水材料的制備是利用它的基礎(chǔ)，要提高疏水材料各方面的性能，必須深入了解疏水材料的制備方法，一種方法往往不能制備出優(yōu)異的疏水材料。更多的是需要其他一種或幾種方法的輔助。結(jié)合其它方法的特性以及化學(xué)性能。

目前較多使用的有相分離法、刻蝕法、淋/噴涂法、電火花微加工技術(shù)、模板法、電鍍法、生物仿生法、溶膠-凝膠法等。

總結(jié)

超疏水材料的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，在各個方面已有一定的發(fā)展，其應(yīng)用前景非常廣闊。然而由于受目前技術(shù)及開發(fā)成本等限制，實際產(chǎn)業(yè)化及商品化的還不多。

從理論角度考慮，超疏水表面結(jié)構(gòu)的幾何形貌、尺寸大小、官能團(tuán)影響等研究還有待于繼續(xù)深入。

在制備過程中，用到的低表面能物質(zhì)都比較昂貴，多為含氟或硅烷化合物。

在技術(shù)方面，主要是表面涂層的耐用性及耐老化問題，許多超疏水結(jié)構(gòu)因不牢固，較易被破壞而喪失超疏水性。

因此，在材料的選擇、制備工藝及后處理上，還需進(jìn)一步深入研究解決。如何使性能降低或被破壞后的超疏水表面自動恢復(fù)或重新生成超疏水表面的研究將是此領(lǐng)域的重要研究方向。