超疏水材料披“铠甲”疏水耐磨可兼得

陈振鹏 本报 盛 利

为什么水蜘蛛可以在水上行走？为什么荷叶“出淤泥而不染”？为什么蝴蝶的翅膀不会被打湿？实在，这些都与动植物“身体”表面的超疏水性有关系。

受上述自然征象的启示，人们逐渐节制了材料疏水的秘密——其对水具有极好的排斥性,水点在其表面保持球状极易滚动，且水珠滚动的过程中还可以带走材料表面的尘埃，达到清洁效果。

但是，以往人们制备出的超疏水材料表面构造十分薄弱，难以实现广泛运用。
如何给超疏水材料表面披上坚固“铠甲”且不影响其疏水性能，成为该领域研究学者努力的方向。

从电子科技大学获悉，日前《自然》杂志以封面文章形式揭橥了该校根本与前沿研究院邓旭教授团队最新科研成果，这篇名为《设计坚固的超疏水表面》的文章提出，通过给超疏水表面“穿上”具有优秀机器稳定性微构造“铠甲”的办法，可办理超疏水表面机器稳定性不敷的关键问题。

超疏水性vs机器稳定性

鱼和熊掌难以取舍

近年来，源于动植物仿生学的超疏水材料由于其独特的物理性子，在表面自清洁、生物防污、防水抗结冰、流体减阻以及传热传质等领域展现出了巨大运用潜力。

据理解，超疏水材料的表面超疏水性，可归因于其微/纳米粗糙构造可以扣留空气并托起液滴的缘故。

“然而，这种构造也会导致超疏水材料更易磨损破碎。
”论文第一作者、电子科技大学根本与前沿研究院博士生王德辉说，不耐磨损还会导致底层材料暴露，表面局部化学性子发生改变，使其从疏水变成亲水。

“根据以往的科学研究，人们认为材料表面的机器稳定性和超疏水性是不能兼得的两个特性。
”王德辉说，这是由于微/纳米粗糙构造是通过减少材料与水的打仗面积的办法来增强疏水性，这同时也会导致微/纳米构造承受更高的局部压强，从而更易磨损。
这就意味着，在以往的超疏水材料中，超疏水性和机器稳定性两种特性，在一方的性能有所提高时，一定导致另一方的性能低落。

优化设计出微构造“铠甲”

新型材料一举双赢

要实现同一材料表面的机器稳定性与超疏水性能双重叠加，就要给机器性能较弱的超疏水材料表面装上“铠甲”。

“一方面，实现机器稳定性须要在更大的构造尺度上进行几何设计；另一方面，要保障良好的超疏水性则要在纳米尺度进行构造优化。
”王德辉说，按照常规思路，很难在同一尺度实现上述两种性能的兼容。
能不能考试测验拆分处理呢？论文通讯作者、电子科技大学根本与前沿研究院邓旭教授及其团队提出了新的实验设想：即通过“去耦合机制”将超疏水性和机器稳定性拆分至两种不同的构造尺度，分别进行优化设计后，再组合到一起，让可供应机器稳定性的微构造发挥“铠甲”浸染，以防止具有超疏水性的构造受到磨损。

“微构培养是做到微米乃至更宏不雅观尺度级别，这种构造比较耐磨耐用，可供应机器稳定性保护纳米材料免遭磨损；而被保护的纳米构造则紧张承担超疏水性。
”王德辉说，这样通过优化设计后制备的微构造“铠甲”就可以很好保护超疏水纳米材料免遭磨损，从而构筑出“铠甲化”超疏水表面。

在实验过程中，该团队通过结合浸润性理论和机器力学事理剖析得出微构造设计原则，同时利用光刻、冷/热压等微细加工技能将铠甲构造制备于硅片、陶瓷、金属、玻璃等普适性基材表面，与超疏水纳米材料复合构建出具有优秀机器稳定性的“铠甲化”超疏水表面。

已用于自清洁太阳能电池

未来用场将十分广泛

理解到，目前研究职员已经将这种新型超疏水材料表面运用于太阳能电池盖板。

“自清洁技能可以奥妙地利用雨或雾滴肃清粉尘等污染，能够长期坚持太阳能电池高效的能量转换，并节省传统清洁过程中必需的淡水资源和劳动力本钱。
”王德辉说。

团队创造，该新型超疏水材料同时也兼具了耐化学堕落和热降解、抗高速射流冲击和抗冷凝失落效等综合性能。
此外，新材料还实现了玻璃铠甲化表面的高透光率，这也将为运用于自清洁车用玻璃、建筑玻璃幕墙等创造条件。