超疏水涂層在多個領域有著巨大的應用潛力，例如自潔凈衣服、木質外墻防水、建筑防冰、玻璃防霧等。最近的行業報告預測，從2021年到2026年全球防水涂層市場將會保持9.2%的年增長率。因此疏水涂層的研究具有極其重要的實用意義以及廣袤的應用前景。

迄今為止，超疏水涂層制備方法主要依賴于在已有的在粗糙表面（蠟燭灰、石墨烯、碳納米管、納米二氧化硅/二氧化鈦顆粒等）嫁接低表面張力涂層（主要為氟硅烷）或者在低表面張力材料表面（PDMS、塑料、Teflon等）用刻蝕、塑形等方法增加表面粗糙度。由于存在制備工藝復雜、適用范圍有限、操作步驟繁瑣等原因，絕大多數超疏水涂層都難以成為實用的產品。因此，目前市面上可選擇超疏水涂層有如下缺點：（1）疏水性偏低（接觸角遠低于150度，大部分在80-120度，且滑動角度很高）；（2）原材料含氟，生產及應用都對環境造成影響；（3）原料及生產成本過高。而完美實用的超疏水涂層須滿足以下特點：疏水性好，性能穩定以及機械耐磨性強；在實際應用過程中要求操作方便、價格便宜、環保并可大規模生產。因此研發一款可以滿足以上性能的超疏水涂層具有重大的科研意義以及應用價值，同時也極具科學挑戰。

圖1. 制備過程以及表面微觀結構的表征。圖片來源：Nat. Commun.

針對目前超疏水涂層存在的問題，Simon Fraser大學于化忠教授團隊開發了一種基于計量硅烷化反應的超疏水涂層的制備技術。通過化學計量學精確控制長鏈有機硅烷的水解和聚合，僅需一步反應就能合成出類似于荷葉表面的多級粗糙結構，同時具有較小的表面張力。涂層材料可以良好地分散在普通的工業溶劑中，通過簡單地浸泡或噴涂操作，在不同材質、不同尺寸的基底上獲得優異的超疏水性能（超高水接觸角>170°和超低滑動角<1°）。

相較于其他超疏水涂層，該技術主要具有以下優點：

1. 制備簡單、價格低廉：涂層采用市面上已經大規模生產的有機硅烷作為原料，在常溫常壓下普通機械攪拌即可完成反應；反應本身高效、可控。

2. 疏水性能卓越：水接觸角170度左右，滑動角低于1度，遲滯角度低于1度，具有良好的自潔凈作用。

3. 耐磨性高、穩定性好：涂層在實驗室條件下經過沙礫沖擊、自來水沖洗、長時間浸泡、砂紙研磨等測試后仍具有超疏水性。噴涂后放置于普通環境中，實測超疏水性能可保持一年半以上。

4. 使用方便：可采用浸泡或者噴涂的方法作用于待處理材料表面；已在木材、玻璃、棉布、濾紙、鋁片、塑料等材質表面測試，疏水性能卓越、優異。

5. 涂層具有非常獨特的包裹能力，在其他領域具有極大的拓展潛力。

圖2. 多功能涂層的性能測試與展示(包裹特性、自清潔、耐磨、大規模應用)。圖片來源：Nat. Commun.

上述成果近期發表在Nature Communications，文章的第一作者是張立身博士，合作作者為碩士研究生周冠臣、孫若晨以及陳碩華，通訊作者為于化忠教授。該研究得到加拿大NSERC等項目的資助，并已申請專利保護，“Hydrophobic and superhydrophobic coatings and methods thereof” (US provisional patent application: No. 63/141,885)。

原文（掃描二維碼）：

Functional and versatile superhydrophobic coatings via stoichiometric silanization

Lishen Zhang, Alvin G. Zhou, Brigitta R. Sun, Kennedy S. Chen, Hua-Zhong Yu 

Nat. Commun., 2021, 12, 982, DOI: 10.1038/s41467-021-21219-y

于化忠教授介紹

于化忠，加拿大Simon Fraser大學教授。1991年畢業于山東大學，1997年在北京大學獲得理學博士學位；之后在加州理工學和加拿大科學院完成博士后研究工作。研究方向為材料化學和分析化學，發表高質量研究論文超過150篇（包括Nat. Commun.；Acc. Chem. Res.；J. Am. Chem. Soc.；Angew. Chem. Int. Ed.）；發明專利15項。現任Analyst（RSC）副主編，太原理工大學特聘兼職教授。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49887

張立身博士介紹

張立身，現任加拿大Queens大學博士后研究員。2013年畢業于山西大學化學系，2020年在Simon Fraser大學取得博士學位。主要從事超疏水涂層，微流控分析以及基于手機的分析檢測等領域。在Nature Communications，ACS Applied Materials and Interfaces等期刊發表多篇論文。