早在1805年，T•Young就提出了理想、光滑、惰性表面的Young方程： cosθe=（γSG-γSL）/γLG 

其中，γSG、γSL和γLG分別為固氣、固液和液氣界面間的表面張力，θe為固體表面的本征接觸角。可以看出，固體表面的潤濕性受三相界面的共同影響。

Wenzel引入了表面粗糙度概念，假定液體填滿微結(jié)構表面的凹槽，則粗糙表面的表觀接觸角θ與光滑表面的本征接觸角θe之間有如下關系： 

定義r為材料表面的粗糙度因子，為實際接觸面積與表觀接觸面積之比，r≥1。對于疏水表面，90°＜θe＜180°，cosθe＜0。因此， cosθ＜cosθe，即θe＜θ。對于親水表面，0°＜θe＜90°，cosθe＞0。因此cosθ＞cosθe，即θe＞θ。可以看出增加材料表面粗糙度，可以使得親水表面更加親水，疏水表面更加疏水。

Cassie和Baxter研究認為液體與固體表面的接觸是一種復合接觸，疏水表面的液滴不能填滿粗糙表面的凹槽，存在空氣墊。因此存在如下關系式：

其中，fs為復合接觸中固液接觸面積所占的比例。可以看出，對于粗糙的固體表面，空氣墊部分所占的比例越大，固液接觸面積越小，材料的疏水性越高。對于高度粗糙的固體表面，fs→0，cosθ→-1，θ→180°。

傳統(tǒng)的防水措施是為了防止水對建筑物某些部位的滲透而從建筑材料上和構造上所采取的手段。超疏水材料具有獨特的疏水性，其疏水性能遠遠超過防水卷材和防水涂料等傳統(tǒng)產(chǎn)品，在建筑物內(nèi)外墻、地下室、玻璃及金屬框架等的防水和防沾污方面具有巨大的應用潛力。

趙璽浩等發(fā)明了一種建筑外墻用泡沫水泥保溫板用疏水自清潔涂料及其制備方法。該方法分為制備超疏水填料和制備疏水自清潔涂料兩個步驟，制得的涂料可以滾涂、噴涂、刷涂到發(fā)泡水泥保溫板上，常溫干燥后就可以得到疏水自清潔涂層。該產(chǎn)品疏水性能優(yōu)異，可廣泛應用于建筑外墻體系。

A•Bake等采用簡單的噴涂工藝在玻璃上制備了超疏水透明自清潔表面，涂層第一層為底漆層，第二層為功能化的納米二氧化硅顆粒。該超疏水表面在300 ℃高溫、高強度的紫外輻射12 h、高速水流沖擊1 h下仍然穩(wěn)定，這一優(yōu)異的特性使得其在戶外惡劣條件下仍然保持長期的超疏水自清潔性能。

超疏水表面的自清潔能力

徐黎黎等以納米級的氣相二氧化硅和水性氟碳樹脂為主要原料，以水為溶劑，通過氟硅烷疏水改性后獲得了一種具有自清潔效應的超疏水涂料，該涂料可噴涂于各種軟硬表面獲得超疏水表面，其接觸角均大于150°，滾動角均小于10°。水滴撞擊實驗表明，樹脂增強的超疏水涂料經(jīng)總體積為600 mL的連續(xù)水滴撞擊后，其靜態(tài)接觸角依然大于150°，滾動角依然保持在10°以內(nèi)。經(jīng)砂紙打磨40周期后，水滴依然可以從其表面滾落。

魯俊杰等通過將有機硅乳液與含氟丙烯酸乳液復合并添加納米SiO2制備了外墻用水性超疏水涂料，研究了涂料配方和固化溫度對涂層超疏水性能的影響，并考察了涂層超疏水性能耐水穩(wěn)定性。結(jié)果表明，所制備的超疏水涂料環(huán)境友好，生產(chǎn)和涂裝工藝簡單，可室溫固化，涂層超疏水性能穩(wěn)定，耐沾污性良好。

周建偉等發(fā)明了一種用于建筑物外墻和保溫管線領域具有相變功能的超疏水涂料的制備方法，通過復合水性氟硅丙烯酸乳液、有機相變微膠囊以及納米粒子來構建具有微納米二級結(jié)構的超疏水相變涂料。將氟硅丙烯酸乳液、有機相變微膠囊、納米粒子以及消泡劑和水混合均勻后，采用高速分散機或超聲粉粹機進行分散，0.3～2 h后即得超疏水涂料。該發(fā)明制備方法簡單，制備的疏水涂料具有保溫和自清潔性能，方便大面積施工。

袁騰等采用外乳化法，以自制的長碳鏈烷基三乙氧基硅烷乳化制備了滲透型硅烷防護膏體，對經(jīng)膏體養(yǎng)護的混凝土進行接觸角、吸水率、滲透深度和綜合涂布性能等測試，結(jié)果表明：硅氧烷烷基碳鏈長度越長，所制備膏體的滲透深度就越小，防護表面水的接觸角就越大，增加涂布次數(shù)有利于提高其對混凝土的防護效果，甚至可使混凝土表面達到超疏水狀態(tài)。

左桂福等以107#硅橡膠和含氟聚硅氧烷的共混膠為基膠，通過獨創(chuàng)梯度涂覆工藝制備出超疏水涂料，該涂料表面形成了類似荷葉乳突的多級微納米結(jié)構。疏水角測試結(jié)果表明，水滴靜態(tài)接觸角平均值為157.5°，最高可達161.9°，滾動角僅為2°。與傳統(tǒng)的疏水材料及工藝相比，該涂料成本低，制作工藝簡單，有望在超疏水領域得到工業(yè)化應用。

疏水層的宏觀照片

超疏水表面以其獨特的微觀結(jié)構展現(xiàn)出不同于常規(guī)防水材料的優(yōu)異性能，已成為材料領域的研究熱點。目前，超疏水表面的實際應用并沒有大規(guī)模普及，還有許多問題亟待解決：首先，目前報道的制備方法，條件都比價苛刻，生產(chǎn)成本比較昂貴。因此，后續(xù)需要研究低成本大面積制備超疏水表面的方法。其次，材料表面的微觀結(jié)構容易受到外界破壞，造成疏水性能的降低。因此，探尋具有可修復、無結(jié)構依賴性、光滑、低滾動角的新型表面，是未來研究的一個突破方向。此外，實際應用的材料表面粗糙不平，化學成分不均一，而且存在接觸角滯后現(xiàn)象。因此，對于材料表面微觀結(jié)構與潤濕性的定量關系還有待深入研究。總之，超疏水材料以其優(yōu)異的性能在建筑防水領域具有應用優(yōu)勢。隨著研究的深入，超疏水表面的應用瓶頸將會得到解決，防水行業(yè)或?qū)瓉硪粓鲂碌牟牧细锩?/p>

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