溫度和濕度的動(dòng)態(tài)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致表面污染物的持續(xù)積累，包括灰塵顆粒、冷凝液滴、霧滴和冰晶，這大大降低了透光率，嚴(yán)重限制了汽車車窗、節(jié)能建筑玻璃和精密光學(xué)設(shè)備的工程應(yīng)用。為解決這一技術(shù)難題，仿生超疏水界面材料的開發(fā)為多功能表面保護(hù)提供了一種新方法。通過構(gòu)建具有特殊潤濕性能的功能涂層，這些材料在污染物去除、防霧和防冰方面實(shí)現(xiàn)了協(xié)同效應(yīng)。受荷葉效應(yīng)的啟發(fā)，超疏水表面展現(xiàn)出優(yōu)異的自清潔性能。接觸角超過150°時(shí)，液滴在Cassie-Baxter狀態(tài)下迅速滾落，有效去除表面污染物并降低灰塵粘附強(qiáng)度。據(jù)報(bào)道，這些表面的微觀結(jié)構(gòu)能夠抑制霧滴的成核，提高臨界霧化濕度閾值。機(jī)理分析表明，微納復(fù)合結(jié)構(gòu)及其氣腔效應(yīng)通過減少固液接觸面積來延遲結(jié)冰過程，從而削弱界面熱傳導(dǎo)。這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一個(gè)抑制冰晶成核的能量屏障，從而延長了表面結(jié)冰的延遲時(shí)間。這些多功能特性共同使得超疏水涂層在光學(xué)表面工程中成為一種極具前景的解決方案。

目前制備超疏水涂層的主流方法包括化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法、蝕刻法、模板法和自組裝技術(shù)。然而，這些傳統(tǒng)工藝存在明顯的局限性。使用這些方法制備的涂層往往表面形態(tài)不均勻且可控性差，導(dǎo)致嚴(yán)重的光散射，從而降低透光率。現(xiàn)有工藝在實(shí)現(xiàn)耐久性和光學(xué)性能的協(xié)同優(yōu)化方面仍面臨重大挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)超疏水性和高透明度雙重特性，精確控制材料的表面形態(tài)參數(shù)至關(guān)重要。理論計(jì)算表明，構(gòu)建具有適當(dāng)粗糙度和可控微納結(jié)構(gòu)的表面系統(tǒng)可以有效抑制光散射，為優(yōu)化涂層的光學(xué)性能提供了重要的理論依據(jù)。值得注意的是，靜電紡絲技術(shù)憑借其獨(dú)特的工藝優(yōu)勢，在調(diào)控微納結(jié)構(gòu)方面顯示出巨大的潛力。該技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)電壓、溶液濃度和收集距離等紡絲參數(shù)，精確控制纖維直徑、薄膜厚度、孔隙率和表面粗糙度，為超疏水性能與高透光率的協(xié)同優(yōu)化提供了一條新方法。

聚偏二氟乙烯（PVDF）及其共聚物，因其低表面能、優(yōu)異的可紡性、出色的熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)性，以及對戶外環(huán)境的適應(yīng)性和構(gòu)建超疏水表面的潛力，已成為功能涂料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。盡管含氟聚合物引發(fā)了環(huán)境方面的擔(dān)憂，但其高分子量和穩(wěn)定性符合經(jīng)合組織“低關(guān)注聚合物”的標(biāo)準(zhǔn)。此外，與短鏈全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）相比，其對環(huán)境的影響極小，因?yàn)檫@種材料不易遷移且可回收，因此將其與受監(jiān)管的 PFAS 區(qū)分開來。靜電紡絲工藝引起的結(jié)晶度變化會(huì)破壞PVDF分子鏈的規(guī)則排列，使光學(xué)性能下降，限制了其在透明超疏水涂層中的應(yīng)用。雖然通過改性策略可以提高透明度，但由于界面結(jié)合強(qiáng)度不足，通常會(huì)導(dǎo)致涂層耐磨性顯著降低，或者需要犧牲疏水性能來提高透光率。這反映了多尺度結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料性能之間的強(qiáng)耦合效應(yīng)。分子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與宏觀性能之間的耦合機(jī)制尚不明確，限制了PVDF 基透明超疏水涂層的工程應(yīng)用。因此，實(shí)現(xiàn)超疏水性、高透光率和強(qiáng)機(jī)械耐久性的協(xié)同優(yōu)化仍是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

近期，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳立新/丁曉紅團(tuán)隊(duì)、福建理工大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)采用靜電紡絲技術(shù)，成功開發(fā)了一種高透明、超疏水防冰復(fù)合涂層。