天然界的超疏水征象 “荷葉外觀具有極強的疏水性，灑在葉面上的水會主動聚集成水珠，水珠的滾動把落在葉面上的塵土污泥粘吸滾出葉面，使葉面始終保持干凈，這就是聞名的“荷葉自潔效應(yīng)”「見下圖1」。

圖1 天然界的荷葉 疏水外觀征象 gif

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，荷葉外觀具有微米級的乳突，乳突上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)可以大幅度進(jìn)步水滴在其上的接觸角，導(dǎo)致水滴極易滾落「見下圖2」。水滴在超疏水外觀上的活動是一個復(fù)雜的物理征象，在自清潔過程中起到了一個至關(guān)緊張的作用：水滴在外觀滾動時會帶走外觀的污染物或灰塵，從而達(dá)到自清潔的結(jié)果「見下圖3」。

圖2 荷葉外觀微觀結(jié)構(gòu)

圖3 超疏水外觀自清潔原理示意圖

當(dāng)然這些如今也存在于許多其他生物身上「見下圖4」；科學(xué)家們研究這些生物及模擬這些生物征象，制備出了很多超疏水產(chǎn)品并得到了很多的應(yīng)用（詳見后文介紹）。

圖4 天然界中具有超疏水性的動植物及其掃描電子顯微鏡(SEM)

圖(a,b)荷葉;(c,d)水稻葉;(e,f)水黽腿[3];(g,h)孔雀羽毛[5,6];(i,j)壁虎腳掌[7];(k,l)蟬翼[9];(m,n)蝴蝶同黨[10];(o,p)蚊子復(fù)眼[13]

下文將為大家簡單介紹超疏水自清潔的原理及一些超疏水外觀的應(yīng)用例子。

自清潔外觀指外觀的污染物或灰塵能在重力或雨水、風(fēng)力等外力作用下主動脫落或被降解的一種外觀，基于超疏水原理的自清潔外觀重要是指接觸角CA150°、滾動角SA＜10°的類荷葉外觀「見下圖5（d）」。 

圖5 不同外觀水滴接觸界面狀況

2、常見超疏水外觀制備近況

  人工制備超疏水外觀雖然時間不長，但發(fā)展分外敏捷，有用的制備方法也越來越多，重要有模板法、靜電紡絲法、相星散與自組裝法、溶膠-凝膠法、刻蝕法、水熱法、化學(xué)沉積與電沉積法、納米二氧化硅法、腐蝕法等。

目前人工超疏水外觀重要包括超疏水薄膜外觀、超疏水涂層外觀、超疏水金屬外觀及超疏水織物等方面。

工藝舉例：超疏水涂層玻璃

用十七氟癸基三甲基硅烷改性過的納米碳酸鈣與聚乙烯溶液混合涂敷于玻璃外觀制得超疏水涂層，接觸角可達(dá)到155 º，同時研究了該外觀的抗灰塵能力。當(dāng)黑煙末粉體粘在外觀時很容易被水滴帶走「見下圖6」。

圖6 超疏水外觀 gif

3、超疏水外觀的應(yīng)用

a、超疏水涂層在自清潔玻璃、電力桿的應(yīng)用

超疏水涂層工藝①：聚苯乙烯和納米硅顆粒混合制成溶膠，然后采用浸漬涂布發(fā)涂布成膜，最后再高溫處理得到具有微-納山峰結(jié)構(gòu)的超疏水透明外觀，該外觀與水的接觸角高達(dá)160°。

超疏水涂層工藝②：用層自組裝技術(shù)先在玻璃基底上組裝一層聚季銨-SiO2/聚丙烯酸，再在上面組裝聚烯丙基胺鹽酸鹽/SiO2，煅燒后除去聚合物，再用氟化烷基硅醇修飾后得到透明的超疏水涂層。

自清潔玻璃可以在雨水沖刷下敏捷帶走玻璃幕墻上的塵埃物質(zhì)，可以有用保持外墻 “顏值”及削減玻璃幕墻的清理時間及工作人員的室外高空工作的傷害性。但成原形對而言也不小。

圖7 傳統(tǒng)玻璃高空清理

2008年突降的大雪（現(xiàn)實上是凍雨碰到溫度低的物體結(jié)冰壓服的電線），壓斷了很多沒有防備的南方高壓線塔，若在電力桿容易積壓積雪的位置做疏水處理，可大量削減積雪堆積對高壓線塔的破壞也削減偏遠(yuǎn)高壓線的維護難度。

圖8  被冰壓服的高壓線塔

將疏水性涂料涂于輸電導(dǎo)線外部、電力桿塔，絕緣子等外觀，可降低冰在涂層外觀的附著力，雖不能完全防止冰的形成，但可使凍雨和雪等凍結(jié)到導(dǎo)線或絕緣子之前就在天然力，如風(fēng)力或?qū)Ь€及絕緣子的擺動力等的作用下天然滑落，或使冰或雪在導(dǎo)線和絕緣子上的附著力顯明降低，以達(dá)到防止覆冰，削減線路因覆冰出現(xiàn)事故。

圖9 正在檢查清理高壓線積雪的工人

b、超疏水織物

超疏水織物工藝①：用溶膠-凝膠法在基材上制得透明的氧化鋁薄膜，該薄膜經(jīng)沸水中浸泡、干燥和煅燒等工藝處理后可得到具有花瓣狀結(jié)構(gòu)的粗糙外觀，最后經(jīng)十七氟癸烷基三甲氧基烷修飾，可制得透明超疏水外觀。

超疏水織物工藝②：用等離子體聚合的方法，在棉纖維上聚合含有氟烯烴，得到具有超疏水性的外觀。

圖10 防水防污 網(wǎng)紅超疏水襯衫

圖11 左邊白色為通俗材質(zhì)  右邊藍(lán)色為超疏水材質(zhì)

輕松離別紅酒、咖啡、墨水等污漬，簡直手殘黨的福音。媽媽再也不用憂慮我衣服臟。

c、疏水金屬

超疏水金屬外觀工藝：采用位錯刻蝕劑對鋁、銅、鋅集體外觀進(jìn)行化學(xué)刻蝕，然后用氟烷基硅烷對刻蝕后的外觀進(jìn)行疏水化處理得到接觸角大于150°的超疏水金屬外觀。

超疏水外觀除了賦予金屬自清潔能力了外，還能在肯定程度上降低金屬的腐蝕服從。因制備超疏水金屬材料材料方法存在肯定不足，目前應(yīng)用受到了肯定程度的限定。

圖12 金屬超疏水外觀

d、電子產(chǎn)品的疏水處理-防水手機等

說到防水手機領(lǐng)域， 不得不提的國家是日本。有一句話是如許說的“在日本，手機沒有防水功能那就根本賣不出去。”那是由于日本女性在洗澡時，都是機不離手，作為智能手機的緊張用戶群，逼迫了這個國家生產(chǎn)出一系列一系列的防水手機。

圖13 索尼防水手機

大多數(shù)人認(rèn)為，防水手機依然密封性達(dá)成防水能力，現(xiàn)實上，很多日系防水手機外光上與通俗手機沒啥區(qū)別，甚至連橡膠塞都沒有，但是依然具備防水功能。如許的手機具備防水功能，除設(shè)計等因素外，多歸功于其內(nèi)部防水處理。

將智能手機內(nèi)部主板等零部件包裹在一層特別的薄膜內(nèi)達(dá)到防水結(jié)果，避免手機進(jìn)水引起短路。

圖14 電子產(chǎn)品

結(jié)語

超疏水自清潔涂層雖已有工業(yè)化應(yīng)用，但是超疏水性能的穩(wěn)固性和持久性還有待進(jìn)步，分外是耐水壓沖擊性能還有待研究，以防止經(jīng)暴雨沖刷后破壞外觀結(jié)構(gòu)（如將微塵嵌入微納坑內(nèi)），降低超疏水性能。

另外，現(xiàn)有的超疏水涂層功能比較單一，假如能在其中摻雜其它功能性粒子，則可大大擴大超疏水涂層的應(yīng)用范圍。