“水潑不進(jìn)”的超疏水材料

    一盆水潑向一塊金屬板，水珠像鋼珠一樣滾落，金屬板仍然干爽；一只船槳浸入水中，拿出來時竟然未帶起一滴水珠；一杯水倒在一塊玻璃板上，水滴緊緊靠在中央“抱成一團(tuán)”，即使用手?jǐn)嚦鰜硪粌傻危鼈円擦⒓?ldquo;跑”回去……

    這些現(xiàn)象肉眼看上去違背我們的“常識”，背后其實是超疏水材料在“作怪”。這種通過改變材料的表面自由能和表面粗糙度獲得的新型技術(shù)，作為涉及生物、物理、化學(xué)以及材料等多學(xué)科交叉的科技前沿，目前在科學(xué)研究、軍事應(yīng)用和民用生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域都擁有極為廣泛的發(fā)展前景。

    2017年5月，德國弗萊堡大學(xué)開發(fā)出一種具有多層結(jié)構(gòu)的自愈型超疏水涂層。這種超疏水材料通過模仿鯊魚皮結(jié)構(gòu)以獲得良好的水下減阻性能，其表面具有類似蛇褪去外皮的特性，可實現(xiàn)表面受損后超疏水性的快速自愈，從而為艦船、飛機(jī)和戰(zhàn)車提供兼具耐久性的防水、防結(jié)冰、自清潔能力。此外，隨著增材制造、材料計算與模擬仿真等技術(shù)的深度融合，大大簡化了超疏水材料表面微結(jié)構(gòu)的設(shè)計、構(gòu)造與控制難度，使得超疏水材料的制備快速精準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)和性能科學(xué)可控，大幅縮短了材料研制周期，降低了研發(fā)成本。目前，在科技的“催化”下，超疏水材料將日趨契合未來戰(zhàn)場的進(jìn)化需求，不再作為一種單一的特殊材料，而將被賦予越來越多的戰(zhàn)場職責(zé)。

    ——艦體防腐蝕、防冰封、自清潔

    超疏水涂層可以阻斷水分與金屬材質(zhì)的接觸以及防止海洋生物在艦船表面的附著，從而緩解艦艇水線以上部分的氧化腐蝕，并能夠使表面的水滴在滾落時清潔臟污，保持材料表面干凈。此外，超疏水材料特殊的粗糙結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，使得其表面表現(xiàn)出良好的防覆冰和防黏附行為。且由于其兼具能耗低、適用范圍廣、環(huán)境友好等優(yōu)點，其在航空、艦船、電力，通信、能源等領(lǐng)域的防結(jié)／覆冰雪方面同樣顯示出潛在的應(yīng)用前景。

    ——應(yīng)用實戰(zhàn)環(huán)境，遂行多樣任務(wù)

    超疏水（超疏油）布料可以在溫度為-20℃的冷水中，為士兵提供長達(dá)24小時的保護(hù)，極大避免了空降兵、特種兵等作戰(zhàn)力量被突然投放在低溫水域中導(dǎo)致體溫下降，引發(fā)不必要的戰(zhàn)場傷亡。同時，合理利用材料的超疏水性以及超親水性，可以用于解決在惡劣戰(zhàn)場環(huán)境下的水源收集等危及人員生存的緊要問題。據(jù)悉，這種材料可以在高溫、低濕的沙漠環(huán)境中，將水蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)水并吸附于表面，從而達(dá)到既可收集和儲存飲用水源，又可散去體表熱量的目的；在高濕度空氣環(huán)境中，材料本身具有的良好疏水性，可以確保人員能在熱帶雨林等降雨量、蒸發(fā)量較大的炎熱潮濕環(huán)境中安全遂行任務(wù)。此外，基于超雙疏（超疏水和超疏油）布料研制而成的生化防護(hù)服，能夠有效避免生化沾染滲入，保護(hù)士兵不受生命威脅。

    ——研制新型水上機(jī)器人

    現(xiàn)今，依托超疏水技術(shù)研制出的新型水上機(jī)器人，因具有獨特的漂浮機(jī)制和高效的劃水方式，而能在水面環(huán)境中能夠低耗、低噪、高效、靈活地漂浮、劃行和跳躍。在并不遙遠(yuǎn)的未來，與之類似的超疏水微型偵察機(jī)器人，或?qū)⒈粦?yīng)用于科研勘探、安防巡邏、情報偵察等各類領(lǐng)域，成為海上不可或缺的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。

    目前，隨著超疏水材料技術(shù)在武器裝備防護(hù)、能源及其他創(chuàng)新領(lǐng)域展現(xiàn)出日益廣闊的應(yīng)用前景，未來的超疏水材料技術(shù)將有可能與仿生技術(shù)、納米技術(shù)等高新技術(shù)深度融合，逐步突破其機(jī)械性能與耐用性能的關(guān)鍵瓶頸，在軍事領(lǐng)域發(fā)揮更大的應(yīng)用價值。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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