超雙疏表面與水、油的接觸角大于和低滑動角，與超疏水表面相比，超雙疏表面有更廣泛的應用，包括自清潔、防污、化學屏蔽、防溢漏、防結冰、防腐蝕、燃料運輸和減阻等。然而，制造這種具有超雙疏表面是相當耗時的，通常涉及昂貴的光刻工具或復雜的化學過程。此外，表面粗糙度與透明度的矛盾也提出了另一個挑戰:一方面，超雙疏表面需要足夠的表面粗糙度來獲得高接觸角(CA)和低接觸角滯后(CAH)。另一方面，表面粗糙度必須足夠小，以保持高透過率的光。雖然人們曾用簡單的浸漬或噴涂方法成功地制備出透明的超雙疏表面，但得到的表面形貌具有重入幾何形狀，且不規則不可控。

于是復旦大學材料科學系WuLiMin教授團隊提出了一種簡單易行的策略（圖1）。簡單的說，單層二氧化硅陣列是通過將干燥的二氧化硅球粉末在PDMS涂層基板上與另一PDMS基板進行單向摩擦而獲得的。將二氧化硅球組裝成單層，然后在220℃以上熱處理72小時后，將環氧基光致抗蝕劑SU-8滲透到硅模板中，在紫外光照射1分鐘后固化成膜，去除硅模板，用1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三氯硅烷(PFOTS)對薄膜進行化學氣相沉積改性，得到了具有優異拒液性能的單層有序重入結構。但是結果出現兩種不同的結構，一種是當使用5硅球模板使，得到具有折返幾何結構的六邊形三臂柱；另外一種是當使用10、15和20二氧化硅微球模板時，獲得了另外一種特殊的有序多孔結構，每個孔周圍有6個矩形的微柱。其中的原因可以解釋為：當二氧化硅膠體微球組裝成高度結晶的排列結構時，相鄰的三個二氧化硅微球（圖1a中表示為空隙1）和相鄰的兩個二氧化硅微球（圖1a中表示為空隙2）形成的空隙都存在毛細效應。當二氧化硅微球很小（例如直徑為5μm）時，空隙2容易堵塞，因為熱處理導致相鄰二氧化硅微球更緊密地接觸。結果，出現了具有可重入幾何結構的六邊形三臂柱。相反，在相同的熱處理條件下，用大尺寸的二氧化硅微球作為模板時，空穴2很難完全堵塞。同時，由于間隙比空隙1大，空隙1沒有表現出足夠的毛細效應。結果，空隙1中相應的SU-8容易從模板中沖走，留下空隙2中的SU-8，然后通過UV固化，形成有序的多孔結構，每個孔周圍有六個矩形微柱。

圖1 單向摩擦結合熱處理技術制備大面積透明超疏水薄膜的示意圖

考慮到在現實惡劣環境中的實際應用，通過涂覆聚合物薄膜的4英寸硅片進一步測試了所制備薄膜的化學穩定性。如圖2所示，即使在1M HCl（圖2a）、1M NaOH（圖2b）和1M NaCl（圖2c）溶液中浸泡96h，處理后的聚合物涂層薄膜仍顯示出優異的拒液性（圖2d-f）。除了化學穩定性外，還研究了聚合物薄膜的機械穩定性和柔韌性。如圖2g所示，用100～200砂子劃傷聚合物膜表面進行落砂磨損試驗。砂磨后，聚合物表面仍保持超疏水性。此外，我們還采用標準砂紙劃痕試驗證明了聚合物薄膜的機械穩定性，如圖2h所示。砂紙劃傷后，測試液滴在聚合物薄膜表面保持球形（圖2i）。

圖2 所得聚合物薄膜的化學穩定性和機械穩健性

隨后作者也進一步研究了所制備聚合物薄膜的紫外可見光透過率，發現HF濃度和刻蝕時間對聚合物薄膜透明度有明顯影響。當在2 vol%的氫氟酸中處理15分鐘時，所得聚合物薄膜為半透明或不透明。但是，在5%氫氟酸處理5min后，聚合物薄膜的光學透明度得到了很大的提高。如圖3a所示，在PFOTS改性之前，聚合物薄膜具有與普通玻璃滑動具有可比的透射率。即使用PFOTS改性后，聚合物薄膜在400-800 nm的光譜范圍內仍保持80%以上的透射率，除了如圖3b所示的突出超親性外，顯示出良好的透明度。這些薄膜很容易從玻璃片上剝離（圖3c和3d），然后轉移到其他襯底上。這些結果表明，所獲得聚合物薄膜的特點，可能應用在許多重要領域上。

圖3 透明超全疏水性薄膜的制備

綜上所述，作者開發了一種簡單的單向摩擦加熱處理方法，用于制備透明的超全疏水聚合物薄膜或涂層，它們不僅具有優異的拒液能力，而且具有高度透明性和良好的耐久性能。

參考文獻：

[1] Y. Wu, J. Zeng, Y. Si, M. Chen, L. Wu, Large-AreaPreparation of Robust and Transparent Superomniphobic Polymer Films, ACS Nano,12 (2018).