自然界的超疏水現(xiàn)象“荷葉表面具有極強(qiáng)的疏水性，灑在葉面上的水會(huì)自動(dòng)聚集成水珠，水珠的滾動(dòng)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，這就是著名的“荷葉自潔效應(yīng)”「見下圖1」。
▲圖1自然界的荷葉疏水表面現(xiàn)象
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，荷葉表面具有微米級(jí)的乳突，乳突上乳突上有納米級(jí)的蠟晶物質(zhì)，這種微-納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導(dǎo)致水滴極易滾落「見下圖2」。
▲圖2荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)
水滴在超疏水表面上的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的物理現(xiàn)象，在自清潔過(guò)程中起到了一個(gè)至關(guān)重要的作用：水滴在表面滾動(dòng)時(shí)會(huì)帶走表面的污染物或灰塵，從而達(dá)到自清潔的效果「見下圖3」。
▲圖3超疏水表面自清潔原理示意圖
當(dāng)然這些現(xiàn)在也存在于很多其他生物身上「見下圖4」；科學(xué)家們研究這些生物及模仿這些生物現(xiàn)象，制備出了許多超疏水產(chǎn)品并得到了許多的應(yīng)用（詳見后文介紹）。
▲圖4自然界中具有超疏水性的動(dòng)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)蝴蝶翅膀[10];(o,p)蚊子復(fù)眼[13]
下文將為大家簡(jiǎn)單介紹超疏水自清潔的原理及一些超疏水表面的應(yīng)用例子。
自清潔表面指表面的污染物或灰塵能在重力或雨水、風(fēng)力等外力作用下自動(dòng)脫落或被降解的一種表面，基于超疏水原理的自清潔表面主要是指接觸角CA150°、滾動(dòng)角SA＜10°的類荷葉表面「見下圖5（d）」。
▲圖5不同表面水滴接觸界面狀態(tài)
人工制備超疏水表面雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展特別迅速，有效的制備方法也越來(lái)越多，主要有模板法、靜電紡絲法、相分離與自組裝法、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。
目前人工超疏水表面主要包括超疏水薄膜表面、超疏水涂層表面、超疏水金屬表面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(guò)的納米碳酸鈣與聚乙烯溶液混合涂敷于玻璃表面制得超疏水涂層，接觸角可達(dá)到155o，同時(shí)研究了該表面的抗灰塵能力。當(dāng)黑煙末粉體粘在表面時(shí)很容易被水滴帶走「見下圖6」。
▲圖6超疏水表面
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)的超疏水透明表面，該表面與水的接觸角高達(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迅速帶走玻璃幕墻上的塵埃物質(zhì)，可以有效保持外墻“顏值”及減少玻璃幕墻的清理時(shí)間及工作人員的室外高空工作的危險(xiǎn)性。但成本相對(duì)而言也不小。
▲圖7 傳統(tǒng)玻璃高空清理
2008年突降的大雪（實(shí)際上是凍雨遇到溫度低的物體結(jié)冰壓倒的電線），壓斷了許多沒(méi)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，可大量減少積雪堆積對(duì)高壓線塔的破壞也減少偏遠(yuǎn)高壓線的維護(hù)難度。
▲圖8 被冰壓倒的高壓線塔
將疏水性涂料涂于輸電導(dǎo)線外部、電力桿塔，絕緣子等表面，可降低冰在涂層表面的附著力，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自然力，如風(fēng)力或?qū)Ь€及絕緣子的擺動(dòng)力等的作用下自然滑落，或使冰或雪在導(dǎo)線和絕緣子上的附著力明顯降低，以達(dá)到防止覆冰，減少線路因覆冰出現(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?duì)罱Y(jié)構(gòu)的粗糙表面，最后經(jīng)十七氟癸烷基三甲氧基烷修飾，可制得透明超疏水表面。
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表面。
▲圖10防水防污網(wǎng)紅超疏水襯衫
▲圖11左邊白色為普通材質(zhì) 右邊藍(lán)色為超疏水材質(zhì)
輕松告別紅酒、咖啡、墨水等污漬，簡(jiǎn)直手殘黨的福音。媽媽再也不用擔(dān)心我衣服臟。
c、疏水金屬
超疏水金屬表面工藝：采用位錯(cuò)刻蝕劑對(duì)鋁、銅、鋅集體表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，然后用氟烷基硅烷對(duì)刻蝕后的表面進(jìn)行疏水化處理得到接觸角大于150°的超疏水金屬表面。
超疏水表面除了賦予金屬自清潔能力了外，還能在一定程度上降低金屬的腐蝕效率。因制備超疏水金屬材料材料方法存在一定不足，目前應(yīng)用受到了一定程度的限制。
▲圖12金屬超疏水表面
d、電子產(chǎn)品的疏水處理-防水手機(jī)等
說(shuō)到防水手機(jī)領(lǐng)域，不得不提的國(guó)家是日本。有一句話是這樣說(shuō)的“在日本，手機(jī)沒(méi)有防水功能那就根本賣不出去。”那是因?yàn)槿毡九栽阢逶r(shí)，都是機(jī)不離手，作為智能手機(jī)的重要用戶群，逼迫了這個(gè)國(guó)家生產(chǎn)出一系列一系列的防水手機(jī)。
▲圖13索尼防水手機(jī)
大多數(shù)人認(rèn)為，防水手機(jī)依然密封性達(dá)成防水能力，實(shí)際上，許多日系防水手機(jī)外光上與普通手機(jī)沒(méi)啥區(qū)別，甚至連橡膠塞都沒(méi)有，但是依然具備防水功能。這樣的手機(jī)具備防水功能，除設(shè)計(jì)等因素外，多歸功于其內(nèi)部防水處理。
將智能手機(jī)內(nèi)部主板等零部件包裹在一層特殊的薄膜內(nèi)達(dá)到防水效果，避免手機(jī)進(jìn)水引起短路。
▲圖14電子產(chǎn)品
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)定性和持久性還有待提高，特別是耐水壓沖擊性能還有待研究，以防止經(jīng)暴雨沖刷后破壞表面結(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，如果能在其中摻雜其它功能性粒子，則可大大擴(kuò)大超疏水涂層的應(yīng)用范圍
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