郭升亮，田永慶，韓媛媛，李亮(西安培華學(xué)院，陜西 西安 710125)

0 引言

超疏水材料是一種新型材料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，用于在金屬材料領(lǐng)域則具有保護(hù)作用，起到了耐腐蝕的效果。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)過(guò)加工該材料也能起到自清潔及耐磨的能力。隨著超疏水材料應(yīng)用的增加，所面臨的問(wèn)題也在變多，其穩(wěn)定性成了該材料發(fā)展的研究之重。

1 超疏水材料的簡(jiǎn)介

超疏水雖然是一種新型材料，但在自然界中，許多植物葉表面、鳥禽羽毛都具有超疏水性的特點(diǎn)，如蜻蜓的翅膀、池塘的荷葉等[1]。目前超疏水材料分為兩大類：天然和人工合成。天然的超疏水材料大多來(lái)源于自然界的動(dòng)植物，具有良好的相適應(yīng)性并且易降解，具有親水基團(tuán)，對(duì)環(huán)境友好。人工合成的超疏水材料在天然超疏水的基礎(chǔ)上完善了許多的劣勢(shì)，所以目前市場(chǎng)上廣泛使用的使人工合成超疏水材料。

1.1 納米纖維素超疏水材料

余成華[2]以氣凝膠基礎(chǔ)，在其表面利用水熱法，通過(guò)原位負(fù)載高分子磁性納米粒，采用氣相沉積法將磁性氣凝膠疏水化并制備出具有磁性效應(yīng)性納米纖維素性氣凝膠。將改變性質(zhì)后的磁效應(yīng)性納米纖維素型氣凝膠，用于含油廢水的分離和有機(jī)溶劑吸附力的提升等，都可以表現(xiàn)出良好的吸附能力，這些高分子納米顆粒不僅提供了磁效應(yīng)的性能，還提高了氣凝膠的粗糙程度。結(jié)果測(cè)得質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的TOCN，最后所制備得到的MGTCON氣凝膠所接觸的角度都大于150°，因此結(jié)果表明其表現(xiàn)出來(lái)疏水性能的高效性，

1.2 仿生超疏水材料

王青[3]以苯乙烯為基本聚合單體，采用簡(jiǎn)單方便且高效快捷的合成方法制備出有機(jī)/無(wú)機(jī)樹(shù)莓狀結(jié)構(gòu)的微球。分別采用乳液聚合法和分散聚合法制備出粒徑為微米級(jí)和納米級(jí)左右的PS高精度微球。為制備出微球的階層結(jié)構(gòu)，可采用簡(jiǎn)單物理混合的方法，經(jīng)過(guò)疏水化處理后的微球，可將其用于銅網(wǎng)的表面修飾，發(fā)現(xiàn)可以得到相同的高效油水分離特性的銅網(wǎng)，呈現(xiàn)出超疏水優(yōu)良的特性。

1.3 綠色無(wú)氟超疏水材料

郗盼毅等[4]用模板法通過(guò)模板“鏡像”效應(yīng)，以新鮮荷葉為模板，聚二甲基硅氧烷(PDMS)為密封材料，使天然的竹材表面呈現(xiàn)出微納米層次的乳頭狀凸起結(jié)構(gòu)；涂覆法是將樣品完全浸入含有低表面能材料的化學(xué)溶液中，然后進(jìn)行干燥固化成型；電放技術(shù)是用聚合物溶液在電場(chǎng)庫(kù)侖力的作用下被極度拉伸的情況下形成噴射出高速細(xì)流，隨后落在基板上形成微/納米纖維膜。

2 超疏水材料的應(yīng)用

在各個(gè)領(lǐng)域，超疏水材料的應(yīng)用不僅相當(dāng)廣泛而且有極大的進(jìn)展。因其優(yōu)異的超疏水性而具備防腐蝕、自清潔、防覆冰的性能，廣泛運(yùn)用于各個(gè)鄰域，其中包括對(duì)金屬材料、紡織材料、木材材料、生物組織、口腔醫(yī)學(xué)等，由此可見(jiàn)超疏水材料有著巨大的發(fā)展前景和商業(yè)潛力[2]。

2.1 金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用

利用超疏水材料的防腐蝕特性，可將超疏水材料作為金屬涂層保護(hù)金屬。

SULTONZODA Firdavs等[5]用硬脂酸乙醇溶液處理后，鋁合金表面獲得了鋁與水在60 ℃下反應(yīng)形成的納米-微米二級(jí)粗結(jié)構(gòu)。另外，硬脂酸在鋁合金的表面上具有長(zhǎng)的鍵合分支，從而形成致密的疏水性納米膜層。通過(guò)塔菲爾外推法分析通過(guò)這種單步浸沒(méi)法獲得的超疏水鋁合金，并且分析鋁合金表面具有耐腐蝕性。結(jié)果表明，與空白鋁合金樣品相比，超疏水鋁合金的腐蝕速率更低。這表明超疏水鋁合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性。

蘇瑩等[6]采用液相法，通過(guò)沉淀氧化鋅納米片與納米花，構(gòu)建了超疏水必要的粗糙結(jié)果，再浸泡硬脂酸得到超疏水氧化鋅不銹鋼材料。對(duì)成品進(jìn)行表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性能、耐磨性能、油水分離性能等進(jìn)行表征與測(cè)定。結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)具有超疏水的性質(zhì)，以及其他的良好性能。

2.2 木材材料領(lǐng)域的應(yīng)用

易澤德等[7]采用甲基硅酸鈉(SMS)刻蝕 PDA涂層，進(jìn)一步采用十八烷基三甲氧基氯硅烷(OTS)對(duì)其進(jìn)行低表面能處理制備了穩(wěn)固型超疏水木材(Wood@PDA-SMS-OTS)。采用接觸角測(cè)定儀、SEM、XPS 分別對(duì)試樣進(jìn)行了表征。最終結(jié)果表明：經(jīng)此方法處理的木材不僅具有超疏水的性能還表現(xiàn)出耐強(qiáng)酸性還具備了耐堿性腐蝕的能力；Wood@PDA-SMS-OTS具有極強(qiáng)的有機(jī)溶劑耐受性。

2.3 自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用

劉亞云等[8]以天然的自清潔超疏水材料—槐樹(shù)葉為研究對(duì)象，通過(guò)軟模板復(fù)制法制備了仿生刺槐葉材料，并用綠色生物蠟對(duì)復(fù)合正模板的表面進(jìn)行了疏水性改進(jìn)，獲得了具有優(yōu)異超疏水性的表面。經(jīng)過(guò)詳細(xì)表征：所生產(chǎn)的仿生角豆葉片材料具有超疏水性，低粘附性，150°或更大的靜水接觸角，以及6.6°的滾動(dòng)角，同時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔功能。仿生洋槐葉片材料的優(yōu)異表面自清潔能力進(jìn)一步擴(kuò)大了超疏水材料在能源，環(huán)境，生物醫(yī)學(xué)和物理化學(xué)領(lǐng)域的潛在用途。并且該方法避免含氟低表面能試劑的使用，為環(huán)保超疏水材料的制備提供了新思路。

2.4 防覆冰領(lǐng)域的應(yīng)用

滕?？档萚9]利用超疏水材料較大的接觸角(一般大于150°)以及較小的滾動(dòng)接觸角(一般小于10°)探究了超疏水材料的防覆冰性，它可以有效地促進(jìn)液滴在表面上的滾動(dòng)和掉落，削弱冰和固體的附著力，從而抑制結(jié)冰行為。同時(shí)，超疏水氣墊結(jié)構(gòu)可有效減少冰與固體表面的接觸面積，使其更易于去除和排斥冰。進(jìn)一步的探究在其中加入一些相變儲(chǔ)熱材料或防凍試劑等可以賦予涂層的主動(dòng)除冰性能，從而有效地提高涂層的防覆冰能力。結(jié)果表明：低表面能的超疏水材料經(jīng)改造后具有更強(qiáng)的防覆冰能力，并且具有良好的耐磨穩(wěn)定性。

3 超疏水材料的展望

隨著超疏水材料應(yīng)用在不斷增加，其弊端也逐漸被發(fā)現(xiàn)。通過(guò)多方考證發(fā)現(xiàn)超疏水性的原理是通過(guò)微/納米結(jié)構(gòu)附著在其表面，使得物體本體與外界的接觸面減小，所以這種微/納米結(jié)構(gòu)受到的局部壓強(qiáng)也會(huì)更大，從而更易磨損。這是超疏水材料消耗快速，造成其不穩(wěn)定性的主要原因[6]。在以往超疏水材料中，機(jī)械穩(wěn)定性和超疏水性成了此高彼低的局勢(shì)，所以如何增強(qiáng)超疏水材料的穩(wěn)定性成了未來(lái)超疏水材料的研究重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

目前絕大多數(shù)超疏水材料的制備工藝面臨如制備條件形勢(shì)嚴(yán)峻、生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜、工藝時(shí)間長(zhǎng)、疏水效果不明顯等著諸多困難，這是導(dǎo)致其難以大量規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的原因，同時(shí)還應(yīng)該注意到一些工業(yè)產(chǎn)業(yè)對(duì)于功能性超疏水材料的需求，在這樣的形勢(shì)下我們應(yīng)該更加側(cè)重低成本，工藝易于實(shí)現(xiàn)的環(huán)境友好型超疏水材料的制備。相信在不久的將來(lái)，以綠色，環(huán)保原料為主導(dǎo)的超疏水材料將占據(jù)為市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，其效能也將能夠完全滿足廣大人民和社會(huì)的需求。