當(dāng)液滴與材料接觸面之間的接觸角接近零度（超親水）或者大于一百五十度（超疏水），這種材料就成為超浸潤材料。

圖表：屈孟男教授以雞蛋殼為原料制備的超疏水材料。圖片來源：《Nature》

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，超浸潤材料目前比較關(guān)注的問題是如何提高材料的機(jī)械性能和耐摩擦性能，進(jìn)而拓展其在更多工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。

在應(yīng)用領(lǐng)域，超浸潤材料目前在電子器件或電路板防水應(yīng)用比較成熟。

我們整理了超浸潤領(lǐng)域大家比較關(guān)注的30個(gè)問題（資料來自DT新材料&材視線上課堂，文字內(nèi)容根據(jù)曾志翔研究員線上問答整理而成。）

1、請問多級(jí)微結(jié)構(gòu)越多越好嗎？

一般來說是做疏水，要達(dá)到150~160度，是需要一些特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但是不是說多級(jí)微結(jié)構(gòu)越多越好，關(guān)于接觸角和結(jié)構(gòu)之間是有一個(gè)公式，可以參考一下。

2、睡蓮和菏葉下表面的親疏水性應(yīng)該不一樣。睡蓮親水，但是菏葉好像表現(xiàn)的是疏水，是這樣嗎？

睡蓮和荷葉的上表面應(yīng)該都是疏水的，下表面應(yīng)該都是親水的。我們回頭可以去測試一下，但是可以肯定上表面和下表面的親疏水性肯定不一樣。

3、超浸潤材料做防污涂層的話，使用壽命怎么樣？

目前來講，防污涂層主要還是氧化亞銅用的多，超浸潤材料在防污涂層目前還在研究當(dāng)中，雖然有些人做了掛板稱能做幾年，但是真正用超浸潤材料去做防污涂料的，實(shí)際案例目前應(yīng)該是還沒有。

4、親水性和毛細(xì)力兩個(gè)概念一樣嗎？如何表征？

親水性我們主要測試水滴與接觸面的浸潤角，如果小于10度，我們就成為超親水。毛細(xì)力的話，可以用楊氏方程去計(jì)算，跟材料的結(jié)構(gòu)和表面能是相關(guān)的。

5、現(xiàn)在電子產(chǎn)品中防水機(jī)理是怎樣呢？

以手機(jī)為例，手機(jī)的防水分為兩類，一種是蘋果公司為代表的，使用的是密封防護(hù)，用Parylene做一個(gè)涂層；第二種是國產(chǎn)手機(jī)，采用的是等離子PECVD的方法。手機(jī)密封需要考慮散熱和信號(hào)問題，不能太厚，所以現(xiàn)在主流的方法是PECVD的方法，低表面的防水涂層，厚度大概在幾百個(gè)納米。目前大部分電子產(chǎn)品，包括音響、手表或者平板電腦，都是采用的PECVD的方法。

6、請問如何通過接觸角測表面能？

可以通過接觸角計(jì)算出材料的表面能，直接測試的話，可能是需要有一個(gè)專門測表面能的配套設(shè)備。

7、透明的超雙疏結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在有什么進(jìn)展呢？

目前來講，超雙疏的結(jié)構(gòu)是比較難做的，因?yàn)樾枰刑囟ǖ慕Y(jié)構(gòu)，如果再要做成透明的話，可能更難。疏水是比較好實(shí)現(xiàn)的，疏油的話有個(gè)測試標(biāo)準(zhǔn)，從6個(gè)碳的油到12個(gè)碳的油。超雙疏的透明結(jié)構(gòu)雖然有很多文章，但是實(shí)際應(yīng)用案例非常少。

8、涂層的機(jī)械穩(wěn)定性，有沒有好的提升辦法？

非常好的問題。機(jī)械穩(wěn)定性確實(shí)是超浸潤材料的一個(gè)短板，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)超浸潤，必須要有一個(gè)微結(jié)構(gòu)，所以目前的應(yīng)用是在電子電路板去推廣。但是超親水材料的機(jī)械穩(wěn)定性還是有辦法提升的，因?yàn)槌H水不需要微結(jié)構(gòu)，只需要有比較多的羥基或者羧基。

9、手機(jī)表面超疏水是采用何種方法做上去的?

90%的都是采用PECVD的方法去做，就是等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積的方法。如果是比較大的電子器件，例如LED屏這種則會(huì)采用Parylene，這是另外一種類似熱解的化學(xué)氣相沉積的方法。

10、最后一個(gè)案例中染料不能進(jìn)去是什么原理，是過濾還是吸附染料？

主要是過濾。因?yàn)檫@個(gè)正滲透膜的孔徑非常非常小，大概在1納米以下，而染料分子的尺寸一般是幾個(gè)納米，水分子會(huì)優(yōu)先通過，所以染料分子就會(huì)被隔絕在外面。

11、在軍工產(chǎn)品的電路板上應(yīng)用過防水嗎？

軍工產(chǎn)品上的電路板防水主要兩個(gè)方法，第一個(gè)是三防漆，第二個(gè)是Parylene涂層，就是對二甲苯的這個(gè)涂層。

12、怎么增加超疏水表面的耐磨性？

超疏油的話目前還是比較脆弱的，在耐磨性方面是短板，目前會(huì)有一些有機(jī)無機(jī)復(fù)合的方法去增加耐磨性，用硬度比較高的無機(jī)材料做支撐，用有機(jī)的材料實(shí)現(xiàn)疏水功能。

13、超疏水材料，在軍方有什么具體的應(yīng)用呢？

超疏水材料的用途應(yīng)該會(huì)越來越廣，因?yàn)槌杷牧蠁挝缓穸鹊姆雷o(hù)性能要比Parylene和三防漆要好。隨著電子設(shè)備越來越精細(xì)，防護(hù)涂層也需要越來越薄，當(dāng)電子設(shè)備需要幾百個(gè)納米的防護(hù)涂層的時(shí)候，就是超疏水材料的用武之地了。

14、減阻材料不依靠超疏水，主要依靠超親油，超親油材料不應(yīng)該就超疏水嗎，這兩個(gè)概念怎么區(qū)分呢？

這個(gè)主要看材料表面能，如果表面能在35mN/m以下，材料就是雙疏狀態(tài)，如果在35~78mN/m之間的話，就是疏水親油狀態(tài)，如果大于78mN/m，就是雙親且超親水-水下超疏油得的狀態(tài)。

15、市場上有沒有多級(jí)孔的膜，比如既含有納米級(jí)的又含有微米級(jí)的？

應(yīng)該是有這種膜的。包括一些陶瓷膜或者PVDF膜，但是一般都需要改性，在基膜的基礎(chǔ)上，再刮一層致密的膜。

16、能否介紹一下超疏水涂層材料的可維護(hù)性和三防性能，如果在PCB板上應(yīng)用如何篩選這類涂層材料？

可維護(hù)性方面，主要還是用于一些不怎么接觸外部環(huán)境的應(yīng)用工況，因?yàn)樗幸粋€(gè)好處就是抗老化抗紫外線的性能比較好。三防性能的話，防腐和防霉菌性能比較好的。PCB板選用這種涂層，肯定是需要和現(xiàn)在的三防漆和Parylene去做對比，才可以做篩選。

17、有沒有350℃下仍能保持疏水性能的處理方法？

這個(gè)應(yīng)該就是選用一些耐高溫的低表面能材料，比如含有硝基苯基的硅材料，有可能能耐350℃，可以查一下這方面資料。

18、親水疏油怎么實(shí)現(xiàn)的？油的表面能很低，疏油的表面能應(yīng)該更低，怎么又能親水呢？

在水里面的話是很容易實(shí)現(xiàn)親水疏油的，只要選一種親水性非常強(qiáng)的材料即可。但是在空氣中，怎么實(shí)現(xiàn)親水疏油是比較有技巧的，就是說接枝一個(gè)分子，這個(gè)分子的上一端具有一些既疏水又疏油的基團(tuán)，但是下一端需要有羥基或者羧基這種基團(tuán)，這是一種比較特殊的設(shè)計(jì)。

19、穩(wěn)定性不夠的話，疏水失效后，表面反而增加了界面接觸，流體減阻、腐蝕防護(hù)、抗生物附著能力反而嚴(yán)重變差，耐久性耐磨性怎么提升？

這個(gè)問題也很好。疏水失效后，耐蝕性、減阻性確實(shí)都會(huì)變差，所以提高疏水涂層的耐久性是目前研究的一個(gè)重點(diǎn)，前面提到用有機(jī)無機(jī)復(fù)合的方法，可以提高耐久性和耐磨性，但是具體的研究工作還在進(jìn)行中。

20、護(hù)目鏡這塊使用親水涂層的話，水蒸氣吸收后是如何排除的？

這個(gè)問題也很好。實(shí)際上水還是在護(hù)目鏡上面，只不過不會(huì)形成霧滴了，也就是說霧滴一碰到鏡面，就鋪展開了，水還是在護(hù)目鏡上面，但是不會(huì)阻礙視線。

21、過去二十年里做疏水表面的很多，未來在超浸潤這個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和方向主要有哪些？

在交叉學(xué)科結(jié)合方面會(huì)是一個(gè)方向，比如說材料的響應(yīng)性、光電性能或者復(fù)合其他的一些特性，這一塊可能會(huì)是一個(gè)熱點(diǎn)方向。應(yīng)用前景的話，目前最成熟的應(yīng)該就是在電子產(chǎn)品防水領(lǐng)域，未來可能在5G產(chǎn)品防護(hù)方面也有前景，我印象中基站的防護(hù)也要求薄，但是耐磨性的要求不是很高，所以未來5G方向可能也有應(yīng)用前景。

22、基于氧化鋅的超疏水光催化協(xié)同自清潔材料設(shè)計(jì)時(shí)主要要考慮什么？

這個(gè)材料的催化作用主要還是要依靠紫外線去實(shí)現(xiàn)的。我前面講了兩個(gè)，一個(gè)是光催化的氧化鋅，另一個(gè)是生長層結(jié)構(gòu)的氧化鋅，主要要考慮晶體生長的狀態(tài)，我們在這方面發(fā)表過兩篇文章，可以參考一下。

23、超疏水材料的耐磨性差，未來能否真正的應(yīng)用？手機(jī)防水涂層的水接觸角需要達(dá)到多少度合適？

這個(gè)問題之前回答過了，就是選擇對耐磨性不做特殊要求的領(lǐng)域，主要利用疏水防水和耐久性能。手機(jī)防水涂層的接觸角，一般做到115度，就是一個(gè)比較合格的產(chǎn)品，因?yàn)槭謾C(jī)防水涂層不需要超疏水，只需要疏水和防護(hù)，而且是不需要做結(jié)構(gòu)的，所以大概就是做到115度。

24、市面上有一些超疏水涂層是浸泡5秒就可以了，請問這類材料與傳統(tǒng)三防漆和氣相沉積方法相比哪種比較好呢？

您說的市面上浸泡5秒的材料，應(yīng)該主要用的是材料的自組裝功能，具體不太清楚您說的這個(gè)材料。傳統(tǒng)的三防漆一般都是20個(gè)微米以上，Parylene涂層的話從1個(gè)微米到100個(gè)微米不等，氣相沉積是一微米以下，是納米級(jí)的。

25、吸油材料，在工程實(shí)用中還有哪些技術(shù)挑戰(zhàn)呢？

在油污處理領(lǐng)域，最大的挑戰(zhàn)還是成本，因?yàn)槲覀兊奈筒牧希纫话愕腜P棉啊這種材料成本要高很多，可能會(huì)有好幾倍。另外一個(gè)在含油廢水處理工程應(yīng)用中，還有時(shí)效性的問題，材料處理需要經(jīng)過幾個(gè)月或者1年的驗(yàn)證，但是因?yàn)橛屠锩嫱ǔ?huì)是有機(jī)的成分，不一定有這么長壽命，另外溫度也是需要考慮的一個(gè)問題。

26、油水乳液分離膜主要是依靠孔徑篩分么？有沒有界面破乳過程？

這方面的研究很多，有些認(rèn)為可能是有界面破乳過程，有些研究認(rèn)為只是疏油分離的一個(gè)過程，還有些會(huì)在界面上組裝一些破乳劑。

27、如何實(shí)現(xiàn)超疏水涂層的自修復(fù)性？

自修復(fù)這一塊還是比較大的挑戰(zhàn)。叢應(yīng)用角度講，我不太清楚有沒有通過膠囊去實(shí)現(xiàn)的，萬一涂層的某個(gè)部分破壞掉，可以通過膠囊的釋放去修復(fù)，但是具體的應(yīng)用還沒有看到。

28、大孔聚合物和氣凝膠材料的吸油原理有什么不同嗎？

基本都是利用毛細(xì)吸附作用力去吸附的，只不過氣凝膠更輕，可能99%都是空氣，所以氣凝膠的吸油倍率可能會(huì)更大一些。

29、超浸潤材料能否在纖維增強(qiáng)鋁基，鎂基復(fù)合材料中應(yīng)用？

纖維增強(qiáng)的話，可能需要做一個(gè)界面處理，去增強(qiáng)跟鋁或者鎂的結(jié)合力，但是具體做什么樣的改性，不同的材料可能有不同的改性方法。

30、能介紹一下仿豬籠草結(jié)構(gòu)的超滑表面的耐久性問題以及目前的研究進(jìn)展嗎？

仿豬籠草這塊研究，很多年前有發(fā)表在Nature的工作。我們目前做的不多，可以咨詢下蘭州化物所的周峰和郭志光，他們在超滑表面做了比較多的工作。