華江龍，江 琦

(華南理工大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，廣州 510641)

潤濕性是固體表面的重要性質(zhì)，主要由水接觸角(contact angle,CA)和滾動角(sliding angle,SA)衡量[1]。水接觸角大于150°、滾動角小于10°的表面常被稱為超疏水表面[2]，其超疏水性源于其特有的微觀粗糙結(jié)構(gòu)及低表面能[3-5]。從構(gòu)筑微觀粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能修飾著手，研究者設(shè)計制備了多種性能優(yōu)越的超疏水材料[6-8]。超疏水材料在自清潔[9]、防覆冰[10]、減阻[11-12]、油水分離[13]、防腐蝕[14]、抗菌織物[15]等領(lǐng)域具有良好前景，但普遍力學(xué)性能較弱，難以在日常復(fù)雜場景中長期使用。

為應(yīng)對空間資源不足及工業(yè)過程操作成本過高的問題，微型化、智能化的科技產(chǎn)品是未來的主流[16]。微型化可通過拉伸、折疊、扭曲等機械形變實現(xiàn)，智能化則需結(jié)合電子器件完成。這些科技產(chǎn)品如可拉伸傳感設(shè)備、可穿戴電子產(chǎn)品等，在使用過程中需經(jīng)常性地拉伸，且應(yīng)用場景濕度較高，提高其抗水性能具有重大意義[17-19]。傳統(tǒng)的超疏水材料不可拉伸，難以應(yīng)用。可拉伸超疏水材料力學(xué)性能良好，可被拉伸且拉伸后仍具有超疏水性，適合應(yīng)用。可拉伸超疏水材料還可通過調(diào)控拉伸應(yīng)變程度改變其表面浸潤性，用于液相混合物純化、微流體操縱[20-24]。

本文分析了現(xiàn)有耐久可拉伸超疏水材料的設(shè)計思路，歸納總結(jié)出制備耐久可拉伸超疏水材料的有效方法，為設(shè)計構(gòu)筑新的耐久可拉伸超疏水材料起到啟示作用。

1 制備方法

從可拉伸超疏水材料拉伸性能的來源角度出發(fā)，其制備方法可分為彈性材料的使用、可拉伸結(jié)構(gòu)的設(shè)計、彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)的結(jié)合。

1.1 彈性材料的使用

超疏水材料由表及里組成依次為低表面能修飾材料、表面粗糙結(jié)構(gòu)材料和基底材料，其中表面粗糙結(jié)構(gòu)材料與低表面能修飾材料也可合稱為表面疏水層[2]。低表面能修飾材料主要提供疏水基團，在基底或粗糙層具有疏水基團時也可忽略。對可忽略厚度的二維超疏水薄膜而言，基底即是疏水層。傳統(tǒng)超疏水材料通常由剛性不可拉伸材料制備而成，不可以拉伸，應(yīng)力下材料結(jié)構(gòu)易損傷[25-26]。為了賦予超疏水材料可拉伸性，可以嘗試使用彈性材料來制備[27-28]。

1.1.1 彈性基底上剛性材料作為疏水層

基底的拉伸性能很大程度上決定了超疏水材料的拉伸性能。因此，可以使用可拉伸的彈性基底來制備可拉伸超疏水材料[29-30]。彈性基底多為有機聚合物材料，如聚二甲基硅氧烷[31-32]、聚氨酯[33-34]、橡膠[35]、氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物[36]等。Xue等[37]將彈性聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)澆鑄在改性SiO2納米顆粒模板上，固化后剝離，制備了超疏水PDMS/SiO2膜。在100%的拉伸應(yīng)變下經(jīng)受500次拉伸松弛循環(huán)后，該復(fù)合膜仍能保持超疏水性能。Wang等[38]以熱塑性彈性體為基底，通過溶劑共混及噴涂技術(shù)制備了熱塑性彈性體/二氧化硅超疏水復(fù)合膜。該復(fù)合膜具有良好的力學(xué)性能，在200%拉伸應(yīng)變下循環(huán)500次后仍具有超疏水性。

綜上所述，彈性材料做基底制備的超疏水材料具有良好的可拉伸性，可拉伸性能與所使用的基底種類密切相關(guān)。由于彈性材料具有深厚的研究和應(yīng)用基礎(chǔ)，該方法發(fā)展前景廣闊。

1.1.2 彈性基底上彈性材料作為疏水層

為抵抗磨損，傳統(tǒng)超疏水材料大都選用強剛性納米微粒構(gòu)筑微觀粗糙結(jié)構(gòu)，拉伸過程中納米微粒間的距離逐漸增大，材料間的結(jié)合易受損，不適合長久使用[39]。選用彈性材料構(gòu)筑疏水層，拉伸時疏水層隨基底拉伸而拉伸，制備的可拉伸超疏水材料具有更好的拉伸性和耐久性[40]。按彈性材料在粗糙結(jié)構(gòu)中承擔的主要功能，其應(yīng)用方式可分為以下兩種。

(1)彈性材料與剛性納米微粒復(fù)合構(gòu)筑疏水層

彈性材料與剛性納米微粒復(fù)合構(gòu)筑疏水層時，彈性材料作為拉伸部分被拉伸，確保材料的可拉伸性，而剛性納米微粒盡可能保持不變，維持材料的疏水性[41-42]。因拉伸過程對材料的力學(xué)性能要求較高，故一般要求彈性材料與剛性納米微粒間以化學(xué)或物理方式交聯(lián)[43]。Li等[43]將PDMS/SiO2復(fù)合材料交聯(lián)到彈性聚氨酯丙烯酸酯基底上，制備了可拉伸的超疏水表面。由于疏水層與基底的共價交聯(lián)，該超疏水表面可在200%應(yīng)變下拉伸循環(huán)1000周次也不喪失超疏水性。彈性材料與納米微粒構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu)既可直接復(fù)合構(gòu)筑，也可在基底表面逐步沉積。在逐步沉積過程中，先沉積彈性材料再沉積納米微粒，以防止納米微粒被覆蓋或破壞[44]。Ju等[41]選取商用硅酮彈性體做基底，先后將預(yù)拉伸交聯(lián)的有機硅酮彈性體、親水性二氧化硅微尺寸粒子沉積在基底上。加熱時，二氧化硅表面的羥基與有機硅酮彈性體的硅氧鍵反應(yīng)，并在毛細作用下完成物理包封。在200%拉伸應(yīng)變下拉伸1000次后，材料仍具有超疏水性。

(2)彈性材料直接構(gòu)筑疏水層

彈性材料也可用于直接構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)，同時實現(xiàn)拉伸和疏水性能。彈性材料直接構(gòu)筑疏水層時，不必考慮與納米微粒的結(jié)合，其力學(xué)性能良好、拉伸能力優(yōu)異。當彈性材料直接構(gòu)筑疏水層時，表面微觀粗糙結(jié)構(gòu)在材料拉伸時形變，表面粗糙度改變，在拉伸應(yīng)變較大時易從超疏水狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷疇顟B(tài)。Wang等[40]將碳納米管超聲固定在熱塑性聚氨酯納米纖維表面，隨后用聚二甲基硅氧烷修飾，制備了可導(dǎo)電的超疏水應(yīng)變傳感器。拉伸循環(huán)后，應(yīng)變傳感器仍可保持超疏水性和導(dǎo)電性，顯示出優(yōu)異的耐久性。Ding等[45]在多壁碳納米管片上噴涂熱塑性彈性體，然后用聚二甲基硅氧烷修飾，制備了柔性超疏水膜。該超疏水膜應(yīng)變范圍較大(80%)，電響應(yīng)時間快且穩(wěn)定，在1000次拉伸-松弛循環(huán)下具有良好的穩(wěn)定性。

1.2 可拉伸結(jié)構(gòu)的設(shè)計

選用彈性材料作為原料，工藝簡單、性能良好，但選材范圍受限。為了拓寬材料的選取范圍，研究者們提出了設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)賦予材料可拉伸性的策略，這類特殊結(jié)構(gòu)常被稱為可拉伸結(jié)構(gòu)，它與材料的組成無關(guān)，適用于近乎所有材料[46-48]?？衫旖Y(jié)構(gòu)構(gòu)筑的材料拉伸效果與拉伸方向密切相關(guān)，利用這一特點可實現(xiàn)定向拉伸，精確地監(jiān)測、控制材料。常見的可拉伸結(jié)構(gòu)有褶皺結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)、蛇形結(jié)構(gòu)、3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等(見圖1[46-48])?？衫旖Y(jié)構(gòu)材料也有其缺陷，其拉伸能力一般較弱，且變形后復(fù)原時間較長，完全恢復(fù)能力較差[46-48]。可拉伸結(jié)構(gòu)應(yīng)用于表面微觀疏水層較為困難，這不僅對制備工藝的精細度要求高，目前僅有激光刻蝕[29-30]、等離子體刻蝕[49]、納米壓印[50]等手段，還可能改變材料表面粗糙度，對材料疏水性能造成負面影響。

圖1 常見的可拉伸結(jié)構(gòu)[46-48](a)褶皺結(jié)構(gòu)；(b)織物結(jié)構(gòu)；(c)蛇形結(jié)構(gòu)；(d)3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.1 Common stretchable structures[46-48](a)wrinkle structure;(b)fabric structure;(c)serpentine structure;(d)3D network structure

Cha等[51]以1,4-二碘四氟苯和1,3,5-三乙烯基苯偶聯(lián)反應(yīng)得到的聚合物為原料，制備了柔性微孔超疏水聚合物紙，水接觸角為162°。聚合物材料通過相互連接，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出層次化的孔隙結(jié)構(gòu)，制備的超疏水聚合物紙力學(xué)穩(wěn)定性良好，可被折疊、拉伸(15%)。Wang等[52]以復(fù)合樹脂為底漆，通過噴霧法在其表面固定了二氧化硅超疏水納米顆粒。二氧化硅納米顆粒涂層均勻地分布在復(fù)合樹脂上，整體呈微裂紋形式。該微裂紋可將剛性無機納米涂層分成無數(shù)大小為10～20 μm的納米團簇，有利于在拉伸和彎曲條件下二氧化硅納米顆粒的均勻分布。測試結(jié)果表明，薄膜在拉伸時可維持超疏水性，力學(xué)穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異。Wang等[53]以氟化乙烯丙烯改性的超疏水Cu薄膜作為摩擦電層，并制成管狀結(jié)構(gòu)。這種管狀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的拉伸性能，可被拉伸至400%。以該超疏水Cu膜作電極，結(jié)合外部彈性保護材料，可用作柔性納米摩擦發(fā)電器。

隨著人們對各類新型可拉伸結(jié)構(gòu)的認知加深及各種微納加工技術(shù)的發(fā)展，利用可拉伸結(jié)構(gòu)構(gòu)造制備可拉伸超疏水材料的成本將大幅度下降，拉伸性能也會穩(wěn)步提升。

1.3 彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)的結(jié)合

彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)分別從材料選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，它們并不對立。因此可以嘗試結(jié)合彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)制備可拉伸超疏水材料。依據(jù)材料是否同時具備可拉伸結(jié)構(gòu)與本征彈性，制備方法可分為以下兩類。

1.3.1 復(fù)合可拉伸結(jié)構(gòu)型材料與彈性材料

采用可拉伸-彈性復(fù)合結(jié)構(gòu)制備可拉伸超疏水材料時，多使用宏觀可拉伸結(jié)構(gòu)做基底、微觀彈性材料做疏水層。這可用于應(yīng)對彈性基體選材范圍有限，微觀可拉伸結(jié)構(gòu)構(gòu)建困難等問題。Park等[54]將還原氧化石墨烯、碳納米管和銅納米粒子超音速噴射到織物上，制備了具有多功能傳感能力的柔性超疏水織物。這種織物可彎曲且能拉伸。由于涂層過程中的超音速沖擊，沉積的材料能很好地附著在織物表面，保持了耐用的力學(xué)性能。彈性材料也可與剛性材料共同在可拉伸結(jié)構(gòu)基底表面構(gòu)筑疏水層。Ni等[17]以棉織物為基底，并在其表面先后進行了聚多巴胺/還原氧化石墨烯溶液浸涂、銅納米顆粒原位生長、硬脂酸改性實驗，制備了導(dǎo)電可拉伸超疏水棉織物。因其特殊的織物結(jié)構(gòu)，在磨損、拉伸和彎曲測試中，超疏水棉織物均表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)穩(wěn)定性和超疏水性。

1.3.2 設(shè)計具有可拉伸結(jié)構(gòu)的彈性材料

將彈性材料設(shè)計為可拉伸結(jié)構(gòu)可進一步增強彈性材料的拉伸性能，還能用于材料局部拉伸性能的調(diào)控。若可拉伸結(jié)構(gòu)為微觀結(jié)構(gòu)，還可簡化構(gòu)筑微觀粗糙結(jié)構(gòu)工藝。Zhang等[31]以火焰誘導(dǎo)熱解方式在聚二甲基硅氧烷泡沫軟骨架表面生成了特殊波紋狀微納粗糙結(jié)構(gòu)，制備了超疏水表面。在60%應(yīng)變壓縮、100%應(yīng)變拉伸、90°彎曲和各類惡劣環(huán)境條件(包括酸/鹽/堿、高/低溫、紫外線、循環(huán)磨損)測試后，該超疏水表面仍顯示出穩(wěn)定的超疏水性能。這種特殊波紋狀微納粗糙結(jié)構(gòu)能隨基材拉伸而拉伸，是該超疏水表面在拉伸循環(huán)下仍然保持穩(wěn)定的疏水性能的重要原因。Lee等[32]以聚苯乙烯為模板，在聚二甲基硅氧烷基底表面壓印了多種不同尺度納米褶皺，隨后氟化獲得了超疏水表面。對這些不同尺度納米褶皺的超疏水表面進行液滴沖擊測試和拉伸測試，發(fā)現(xiàn)多尺度、層次化的褶皺部分能在拉伸時保留它們的結(jié)構(gòu)層次，有利于維持拉伸時的疏水性，減少液滴反彈。

同時進行材料選取與結(jié)構(gòu)設(shè)計，彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)結(jié)合制備可拉伸超疏水材料能有效規(guī)避彈性材料選材范圍小與可拉伸結(jié)構(gòu)拉伸效果差的缺點，充分發(fā)揮彈性材料與可拉伸結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。該方法也因而成為現(xiàn)在的研究熱點，但該方法既要選擇彈性材料，又要構(gòu)筑可拉伸結(jié)構(gòu)，工藝復(fù)雜，操作繁瑣，成本較高，工業(yè)化尚有距離。

2 耐久措施

對可拉伸超疏水材料而言，其耐久性弱的原因在于多次拉伸或維持拉伸狀態(tài)所引發(fā)的材料結(jié)構(gòu)損傷及超疏水性減弱。因此，改善可拉伸超疏水材料的耐久性關(guān)鍵在于增強可拉伸超疏水材料的力學(xué)性能和提升可拉伸超疏水材料的超疏水穩(wěn)定性。

2.1 增強材料力學(xué)性能

2.1.1 有機黏結(jié)劑的添加

在材料間添加黏結(jié)劑可以提升材料間的結(jié)合力，使材料更好地滿足拉伸所需的力學(xué)性能要求。有機黏結(jié)劑用于提升疏水層材料間附著力時不應(yīng)過量，否則可能會填補粗糙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致材料疏水性下降。Lin等[34]以熱塑性聚氨酯為基底，構(gòu)筑了由酸改性碳納米管、銀納米線、聚二甲基硅氧烷組成的疏水層，制備了可拉伸的穿戴式應(yīng)變傳感器。其中，聚二甲基硅氧烷既起到了低表面能改性的作用，又充當了黏結(jié)劑，提升了材料的力學(xué)性能。有機黏結(jié)劑也可用于改善基底與疏水層間的附著力。Liu等[55]受海洋貽貝生物黏附性的啟發(fā)，設(shè)計了由聚氨酯海綿基底、聚多巴胺(polydopamine,PDA)黏結(jié)層和Ag納米顆粒疏水層組成的“三明治狀”超疏水材料。PDA黏結(jié)層與海綿骨架及Ag納米顆粒之間具有強附著力，6000次循環(huán)壓縮過程及2000次循環(huán)拉伸過程中，材料超疏水性保持良好。

2.1.2 一體化構(gòu)筑

為提高疏水層與基底之間的界面附著力，制備力學(xué)性能良好的超疏水表面，往往需要進行復(fù)雜而耗時的處理[29]。若直接在基底表面構(gòu)筑疏水層，則無須考慮材料間的結(jié)合方式及結(jié)合力的大小，工藝簡單、力學(xué)性能優(yōu)異。一體化構(gòu)筑一般要求基底具有本征彈性，疏水層構(gòu)筑方法包括激光刻蝕[30]、壓印[32]等。Yang等[30]采用飛秒激光刻蝕硅酮彈性體，制備了可承受高達400%應(yīng)變的柔性超疏水表面。該超疏水表面具有高度可拉伸性、可調(diào)黏附性、堅固性和非氟化等優(yōu)點。Harada等[56]通過激光處理彈性體硅橡膠，獲得了可拉伸超疏水表面。該超疏水表面可進行多次彎曲和雙向拉伸，最高可達135%應(yīng)變。

2.1.3 賦予材料自修復(fù)性能

拉伸時材料結(jié)構(gòu)的損傷是可拉伸超疏水材料疏水性下降的主要原因之一，賦予可拉伸超疏水材料自修復(fù)性能，間接提升其抗拉伸損傷能力，對其耐久性有重要作用。Hu等[35]在橡膠基體上噴涂炭黑/聚丁二烯彈性體復(fù)合材料后熱固化，制備了高度可拉伸的超疏水表面。在高達1000%的大拉伸應(yīng)變下，復(fù)合涂層可保持超疏水性能(CA≈170°,SA<4°)，并能承受1000次拉伸釋放循環(huán)而不喪失超疏水性能。在簡單拉伸處理下，損傷的涂層可以恢復(fù)其超疏水性。但這類自修復(fù)需要特殊處理，應(yīng)用范圍有限。Shan等[57]利用咪唑-鋅配位鍵的交聯(lián)合成了一種新型硅彈性體，并將聚苯乙烯和二氧化硅顆粒依次噴涂在彈性體表面，制備了超疏水表面。在室溫條件下，該超疏水表面可快速自修復(fù)。這種常規(guī)環(huán)境下自發(fā)快速的自修復(fù)是未來發(fā)展的主流。

2.2 提升材料的超疏水穩(wěn)定性

2.2.1 采用預(yù)拉伸基底

先預(yù)拉伸基底再構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)可以確保拉伸狀態(tài)下材料表面的粗糙度，提高材料的超疏水穩(wěn)定性。Su等[25]采用噴涂法在預(yù)拉伸天然橡膠基底上制備了由1-十八硫醇修飾的銀納米顆粒、聚苯乙烯-b-聚(乙烯-共丁烯)-b-聚苯乙烯組成的高度可拉伸導(dǎo)電超疏水涂層。該涂層在高溫、強酸/強堿以及液滴沖擊、揉捏、扭轉(zhuǎn)和反復(fù)拉伸-松弛等處理下均表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性。預(yù)拉伸基底不僅適用于彈性基底，還可適用于可拉伸結(jié)構(gòu)基底。Kim等[58]分別在松弛或拉伸狀態(tài)下對針織織物進行等離子蝕刻處理。結(jié)果表明：在松弛狀態(tài)下經(jīng)過等離子處理的織物的超疏水性在雙軸拉伸時降低，在延伸狀態(tài)下經(jīng)過等離子處理的織物在雙軸拉伸下可以保持超疏水性。這證明了基底預(yù)拉伸處理有利于拉伸狀態(tài)時超疏水性的維持。

2.2.2 增大疏水層楊氏模量

當拉伸應(yīng)力相同時，材料的楊氏模量越大，其拉伸形變就越小。因此可以構(gòu)筑楊氏模量較大的疏水層，減少拉伸時粗糙度的變化，改善材料的超疏水穩(wěn)定性。Zhang等[59]將中空的碳納米纖維裝飾在聚氨酯納米纖維上，并用聚二甲基硅氧烷改性，制備了可拉伸的超疏水/超親油膜。碳納米纖維和聚二甲基硅氧烷極大地提高了薄膜的拉伸強度和楊氏模量。在30次油水分離實驗中，分離通量和分離效率保持穩(wěn)定。Lin等[60]在彈性聚氨酯納米纖維表面依次裝飾酸改性碳納米管、銀納米粒子和聚二甲基硅氧烷，制備了導(dǎo)電的可拉伸超疏水材料。碳納米管、銀納米粒子和聚二甲基硅氧烷的引入顯著提高了納米纖維膜的楊氏模量與拉伸強度，同時保持了納米纖維膜的彈性。在70%～100%的應(yīng)變下，納米纖維膜的接觸角近乎穩(wěn)定，且在50%應(yīng)變下拉伸100次，接觸角只降低3°。

3 應(yīng)用研究

可拉伸超疏水材料具有良好的力學(xué)性能和抗浸潤性能，可用于許多領(lǐng)域，如柔性傳感器[33-34]、新興電子設(shè)備[61-62]、醫(yī)療防護[63-66]、液相混合物純化[21-22,46]、微液滴控制[23-24]等。表1列出了不同應(yīng)用場景可拉伸超疏水材料的特性[19-21,23-24,46,61,63,65]。不難看出，用于柔性傳感器的可拉伸超疏水材料具有良好的力學(xué)性能，可多次拉伸循環(huán)且拉伸后依然具有超疏水性；用于新興電子設(shè)備及液相混合物純化的可拉伸超疏水材料性能較為平衡；可拉伸超疏水材料用于醫(yī)療防護性能的要求并不高；而用于微液滴控制的可拉伸超疏水材料則表現(xiàn)出較寬的拉伸應(yīng)變范圍。

表1 應(yīng)用于各場景可拉伸超疏水材料的特性Table 1 Characteristics of stretchable superhydrophobic materials used in various scenes

3.1 柔性傳感器

可拉伸超疏水材料既可滿足柔性傳感器力學(xué)性能的要求，還能創(chuàng)造干燥的傳感環(huán)境，用于特殊環(huán)境下的傳感[17-18]?？衫斐杷牧嫌糜谌嵝詡鞲衅髦饕袃煞N方式：(1)輔助傳感，隔離外部水汽以提供干燥傳感環(huán)境或收集水性液體用于分析。Zhang等[33]以疏水硅納米顆粒修飾的粗糙苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物制成的高柔性可拉伸超疏水基板，并與可拉伸超親水比色試紙復(fù)合，制備了汗液傳感貼片。因比色試紙與基板浸潤性差別較大，汗液被高效收集。通過智能手機分析傳感貼片的圖像，可以確定汗液的pH值、鈣離子和氯離子濃度，了解生物健康狀況。(2)直接用作傳感設(shè)備，進行信息的響應(yīng)傳遞。Jia等[19]在室溫硫化硅橡膠中均勻封裝多壁碳納米管，經(jīng)過粗糙化處理獲得了可拉伸導(dǎo)電的超疏水材料。該超疏水材料具有良好的可拉伸性(50%應(yīng)變下超過10000次拉伸循環(huán))，并具有高靈敏度、寬傳感范圍(高達447%應(yīng)變)和強耐久性(耐力學(xué)、化學(xué)、熱和紫外線)。材料可導(dǎo)電且電阻隨拉伸應(yīng)變而變化，通過測定電阻可以了解材料狀態(tài)。使用該可拉伸超疏水材料制備可穿戴傳感器，可以實時精確地監(jiān)測手腕、手指和關(guān)節(jié)等部位的運動狀態(tài)。直接傳感的可拉伸超疏水傳感器可以實現(xiàn)高精度、高準度的及時測量，是未來發(fā)展的潮流。

3.2 新興電子設(shè)備

隨著科技的發(fā)展，各類新興電子設(shè)備應(yīng)運而生，如智能機器人[61-62]、新型供能電源[63]及可穿戴電子器件[67]等。這些新興電子設(shè)備應(yīng)用過程中易遭遇重復(fù)的拉伸，傳統(tǒng)的剛性密封防水策略難以應(yīng)用。耐久可拉伸疏水材料具備良好的力學(xué)性能，在拉伸條件下也能隔絕外部水汽，適合應(yīng)用。Jia等[15]在織物表面原位生長銀納米顆粒并用聚二甲基硅氧烷固化修飾，制備了高拉伸超疏水導(dǎo)電織物。該織物熱響應(yīng)速度快，加熱效率高，還具有較強拉伸性能(5000次循環(huán))且拉伸后電熱性能穩(wěn)定(功率僅微弱降低)，因此可用作可穿戴加熱器。Wang等[63]基于模板蝕刻技術(shù)和多層化學(xué)沉積方法，開發(fā)了一種由三維多孔柔性層和防水柔性電極組成的具有耐濕與可拉伸的紡織品基摩擦納米發(fā)電機。由于所制備的柔性層和電極同時具有優(yōu)異的超疏水性和拉伸性能，組裝后的摩擦納米發(fā)電機也具有極高的電輸出性能和優(yōu)異的耐濕性，可用于潮濕環(huán)境(如汗液)中的供電?？衫斐杷牧犀F(xiàn)階段已可用于高濕環(huán)境下的新興電子設(shè)備防水，但其耐久性還較為薄弱，長期使用較為困難。

3.3 醫(yī)療防護

可拉伸超疏水材料表面的粗糙結(jié)構(gòu)能夠捕捉大量空氣，防止有機營養(yǎng)物質(zhì)和水的吸附，起到一定的抗菌效果[30,64,66]。利用其拉伸特性，還可無縫貼合皮膚表層，隔離傷口與外部環(huán)境。Li等[65]利用紫外光聚合反應(yīng)制取了表面粗糙、內(nèi)部多孔的柔性超疏水復(fù)合膜。該超疏水復(fù)合膜具有良好的柔韌性，在經(jīng)受1000次拉伸松弛循環(huán)后仍保持超疏水性。因使用的材料對人體無害，且內(nèi)部具有透氣多孔結(jié)構(gòu)，該超疏水復(fù)合膜可用作醫(yī)用敷料，防止二次感染。Li等[66]基于碳納米纖維(carbon nanofiber,CNF)制備了多種可拉伸的超疏水CNF紗布，并在其中加入了快速凝血成分。CNF紗布具有超疏水性和抗菌性，可以防止失血，減少細菌附著。另外，相比傳統(tǒng)紗布，CNF紗布的剝離力小，剝離過程簡單。因此，CNF紗布比傳統(tǒng)紗布具有更大的優(yōu)勢。目前，可拉伸超疏水材料在醫(yī)療防護領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用效果，但制備成本過高等問題仍阻礙其實際應(yīng)用的拓展。

3.4 液相混合物純化

普通超疏水材料可用于簡單的油水分離，可拉伸超疏水膜材料具有可調(diào)浸潤性，可以分離純化更多的液相混合物，具有更好的分離效率，還可通過調(diào)控拉伸程度改變分離通量[22]。可拉伸超疏水薄膜應(yīng)用于液體提純或分離時應(yīng)注意以下方面：(1)薄膜應(yīng)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，分離更多種類的液體；(2)薄膜的表面組成應(yīng)均勻，防止分離時因液體接觸位置不同造成誤差。Hong等[21]結(jié)合靜電紡絲與噴涂工藝制備了力學(xué)性能良好的可拉伸超疏水膜。該可拉伸超疏水膜可用于直接接觸式的膜蒸餾，從模擬海水中獲取淡水，還可通過機械應(yīng)變的方式調(diào)節(jié)孔徑、改變滲透通量。Huo等[46]將二氧化鈦納米粒子超聲錨固在靜電紡絲制備的熱塑性聚氨酯納米纖維表面，隨后用聚二甲基硅氧烷表面改性，制備了具有多級結(jié)構(gòu)的可拉伸超疏水復(fù)合材料。該超疏水/超親油納米纖維復(fù)合材料不僅能將油與水分離，還能將油與鹽、酸、堿性溶液分離。該纖維膜還具有良好的耐久性，分離通量和效率穩(wěn)定。一次純化型的可拉伸超疏水薄膜是未來發(fā)展的熱點，這種薄膜多為多層超疏水材料復(fù)合制備而成。每層薄膜都起到一定分離純化的作用，經(jīng)過多次純化后混合液相被分離成幾種不同的液體[21]。

3.5 微液滴操控

微液滴操控技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種全新的微小液體操縱技術(shù)，在生物醫(yī)療、分析化學(xué)以及微流控等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景[23-24]。Wang等[23]采用激光刻蝕技術(shù)在彈性體上一步生成了可承受應(yīng)變高達400%的柔性超疏水表面。通過簡單的拉伸可以快速、可逆地調(diào)節(jié)表面水滴形貌，在微流體、生物醫(yī)學(xué)和液體驅(qū)避皮膚等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。Wang等[24]以乙烯-醋酸乙烯酯為基材，制備了具有良好拉伸性能的超疏水薄膜。通過拉伸調(diào)節(jié)薄膜表面附著力可以起到新型“液滴鑷子”的作用，進行水和油滴的無損轉(zhuǎn)移。為了盡可能操控更多種類的液體和獲取更多形狀的液滴，用于微液滴操控的可拉伸超疏水材料應(yīng)具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較為明顯的可調(diào)浸潤性。

4 結(jié)束語

目前，可拉伸超疏水材料的研究報道還較少，拉伸性能一般、耐久性差，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)材料力學(xué)性能不足，現(xiàn)有超疏水材料多是復(fù)合不同材料制備的，材料間結(jié)合力有限；多次拉伸易引發(fā)材料的脫落、開裂[18-19]；(2)材料拉伸時超疏水性變?nèi)?，拉伸時材料表面粗糙結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，粗糙度下降，疏水性減弱[67]。提升可拉伸超疏水材料的力學(xué)性能，改善其超疏水穩(wěn)定性勢在必行。研究的重點應(yīng)聚焦于以下方面：(1)拓展新的耐久可拉伸結(jié)構(gòu)體系；(2)完善耐久可拉伸超疏水材料制備的理論，為材料探索提供指導(dǎo)；(3)優(yōu)化制備原料和工藝，降低制備成本；(4)將一些新的材料和工藝如高彈性聚合物、微觀可拉伸粗糙結(jié)構(gòu)及微納加工技術(shù)引入本領(lǐng)域。

耐久可拉伸超疏水材料未來應(yīng)向輕薄、柔性、綠色環(huán)保、智能化和精細化的方向發(fā)展。具體體現(xiàn)為：(1)輕?。何磥淼哪途每衫斐杷牧蠈⑾蚨S薄膜式發(fā)展，制備的材料越來越輕薄，可均勻附于多種物件表面且對物件原有性能的影響極小；(2)柔性：不僅拉伸性能良好，且還可經(jīng)受折疊、彎曲、扭曲機械形變且形變后仍保持疏水性；(3)綠色環(huán)保：制備原料、制備過程綠色化，產(chǎn)品人體安全性、環(huán)境友好性大幅度提升；(4)智能化：操縱材料的拉伸過程越來越簡單、快速，可通過加入磁性材料或結(jié)合一些機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)拉伸應(yīng)變操縱；(5)精細化：被拉伸時響應(yīng)傳遞的信息越來越精細、準確；可設(shè)計不均勻可拉伸結(jié)構(gòu)來側(cè)重于局部信息，也可加入功能性材料(如導(dǎo)電材料、磁性材料等)，并實時監(jiān)測材料對應(yīng)的性能，快速、準確地了解材料狀態(tài)。