近年來，納米技術超疏水原理的自清潔表面涂層在現(xiàn)實中的應用非常廣泛。基于超疏水原理的自清潔表面由于其獨特的表面微觀結構和優(yōu)異的超疏水性能，使雨水、冰雪等難以在其表面附著，因而在建筑玻璃、汽車和飛機擋風玻璃、衛(wèi)星天線、高壓電線，甚至機車和飛機涂裝等方面具有重要應用前景。

納米技術表面涂層自潔功能

如果建筑物的外墻、露天的廣告牌等表面像荷葉一樣，就可以保持清潔。馬達等微小部件可以防止油污，防油攀爬，汽車的擋風玻璃不再總是落滿灰塵和油污微顆粒，電子數(shù)碼產品不怕意外落入水中而損壞，織物不會被輕易染上污垢。

納米技術表面涂層減阻功能

船只等在水面航行時需要消耗很多的能源來克服行進中的摩擦阻力，對于水下航行體如潛艇等甚至可達到80%；

而對于運輸管道如輸油（水）管道，其能量幾乎全部被用來克服流固表面的摩擦阻力。

隨著微機電的發(fā)展, 機構尺度越來越小，固液界面中的摩擦力相對越來越大,如微通道流等摩擦阻力問題已成為相關器件發(fā)展的一個重要的制約因素。

因此盡量減少表面摩擦阻力是提高航速和節(jié)約能源的主要途徑。

近年來利用超疏水表面減阻的研究越來越受研究者的重視。如利用超疏水硅表面進行減阻研究中發(fā)現(xiàn)，減阻可達30%-40%。利用改性硅橡膠和聚氨酯樹脂為主，添加低表面能無機填料或有機填料，在制成的雙組分涂料的疏水表面減阻的實驗中發(fā)現(xiàn)，在相對較低的流速時，其最大表面減阻可達30%，但隨著流速的增加這種減阻效果下降，原因歸于表面粗糙度的影響。目前，有關這方面的研究有待進一步深入。

納米技術超疏水涂層研究進展

1.超疏水表面自清潔原理

    超疏水表面的自清潔原理是基于“荷葉效應”。20世紀90 年代，德國植物學家波恩大學Barthlott等^[1－2]揭示了荷葉表面的結構，發(fā)現(xiàn)荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結構，荷葉表面具有微米級的乳突，乳突上有納米級的蠟晶物質，這種微-納米級的粗糙結構可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導致水滴極易滾落。水滴在超疏水表面上的運動是一個復雜的物理現(xiàn)象，在自清潔過程中起到了一個至關重要的作用：水滴在表面滾動時會帶走表面的污染物或灰塵，從而達到自清潔的效果。

2.常見超疏水表面制備現(xiàn)狀

    人工制備超疏水表面雖然時間不長，但發(fā)展特別迅速，有效的制備方法也越來越多，主要有納米二氧化硅法、化學沉積與電沉積法、溶膠-凝膠法、模板法、靜電紡絲法、相分離與自組裝法、刻蝕法、水熱法、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。 

3.超疏水表面研究存在的問題

    超疏水表面由于其獨特的表面性能，具有廣泛的應用前景。目前制備超疏水表面的方法雖然很多，但仍需開發(fā)能夠經濟、大面積制備具有持久、穩(wěn)定超疏水性能表面的方法?，F(xiàn)在該領域的研究重點應集中在以下幾個方面。 

 （1）開發(fā)簡單經濟、環(huán)境友好的制備方法 

     現(xiàn)有的大多數(shù)制備超疏水表面的方法或難以適用于大面積制備，或涉及較昂貴的低表面能物質如含氟硅氧烷，或涉及特定的有機溶劑。為了擴大超疏水表面的應用范圍，必須開發(fā)出簡單經濟、環(huán)境友好的制備方法。如可將模板法和現(xiàn)有的工業(yè)上生產一般塑料薄膜的流延技術相結合，開發(fā)適于工業(yè)化量產超疏水薄膜的創(chuàng)新技術。

 （2）提高超疏水表面的強度和持久性 

    超疏水表面的自清潔原理不像TiO2 超親水表面由光催化降解和超親水性共同決定，而是由單純的超疏水物理特性決定的。因此，在長時間的戶外使用過程中，許多超疏水性表面對水的接觸角會隨戶外使用時間的延長而減小，疏水性和自潔性降低。這主要是由于空氣中的灰塵、有機污染物等在固體表面吸附聚集引起的。為了提高超疏水自清潔表面的持久性，相關研究機構發(fā)現(xiàn)，將少量的TiO2 粉體添加到超疏水性透明涂層中，能夠賦予涂層自清潔性能，并能夠使涂層在長時間的戶外使用過程中保持超疏水性。

 （3）開發(fā)超雙疏表面涂層

    超疏水表面一般都親油，在油性環(huán)境或長期使用中，油會在表面富集從而影響表面微結構進而影響自清潔性能。為了提高超疏水表面的抗油性能，除了上面提到的引入TiO2 納米粒子外，還可以開發(fā)超雙疏表面。超雙疏表面是指與水和油的接觸角都很大，水和接觸角會略大于油的接觸角。實際上目前市場上如青山新材的TIS納米涂層已經基本實現(xiàn)，可以使電子產品PCB板表面疏水疏油，即超雙疏。

超疏水表面涂層產業(yè)化狀況

    超疏水表面由于其廣泛的應用前景，近年來也已成為新材料研究的熱點。產品經刷涂或噴涂再或者浸涂到各種金屬、玻璃、大理石、瓷磚、塑料、紡織品、木制品等表面，數(shù)秒鐘內就可形成堅固耐用的納米保護層，水在其上有如落在荷葉上迅速滑落，使涂層表面保持清潔。

    目前超疏水表面的工業(yè)化產品大多是超疏水涂層，如德國的STO 公司應用荷葉效應原理開發(fā)了有機硅荷葉效應乳膠漆，表面接觸角高達142°，表現(xiàn)出了優(yōu)異的自清潔能力。深圳青山新材攜手日本資深納米材料研究機構共同研制出TIS納米防潮涂層，專門應用于電子產品PCB線路板上，使PCB板具有防水、防潮、抗鹽霧腐蝕、防油污的功能，并且成功應用到目前很受消費者歡迎的藍牙運動耳機、電子煙、智能家居產品、汽車控制板等產品上，性能遠超同類型產品，其涂層厚度僅為2-6微米，幾乎是肉眼不可見的級別，散熱好并且不增加電子產品厚度，施工技術簡單并且速干，在這個電子產品越來越小越來越薄的時代，TIS納米涂層深受電子3C類產品制造商喜愛，投入市場后短期就獲得了不少上市公司的青睞;美國NANOTEX公司運用納米技術開發(fā)的Nano-care功能性面料是一種具有自清潔功能的面料，它與傳統(tǒng)的防護涂層織物相比，耐久性更加好，織物保持了柔軟的手感和良好的透氣性；瑞士Schoeller Textil AG 公司則推出了新一代的Nano-Sphere 涂層技術，該Nano-Sphere 涂層在織物表面形成一層極細的納米微粒結構，改變水或者其它污物（油、番茄醬、咖啡、紅酒、蜂蜜等）和織物表面的接觸面積，使水或者污物會從涂層表面滑落，從而達到防水防污的效果。若有殘留污物只需要少量水就可以沖洗干凈（可以低溫水洗），并且經過多次水洗之后，依然有效；另外，德國BASF 公司也成功將仿荷葉效應MincorTX TT 技術運用到紡織品上，于2006 年成功開發(fā)出了超疏水自清潔聚酯雨篷，進一步擴大了超疏水自清潔紡織品的應用范圍。在超疏水薄膜和超疏水金屬表面方面，雖然許多制備方法已經具備了量產的可能，但尚未見有商業(yè)化的公開報道。

結束語 

     超疏水自清潔涂層雖已有工業(yè)化應用，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，以防止經暴雨沖刷后破壞表面結構（如將微塵嵌入微納坑內），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，則可大大擴大超疏水涂層的應用范圍。

參考文獻

1.基于無機納米結構調控材料表面潤濕性（學位論文）作者：郭翠

2.基于超疏水原理的自清潔表面研究進展及產業(yè)化狀況  作者：鄭建勇

3.超疏水表面潤濕性與流動減阻機理研究（學位論文）作者：呂田上海交通大學

4.從自然到仿生的超疏水納米界面材料  作者：江雷