超疏水涂層在多個(gè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，例如自潔凈衣服、木質(zhì)外墻防水、建筑防冰、玻璃防霧等。最近的行業(yè)報(bào)告預(yù)測(cè)，從2021年到2026年全球防水涂層市場(chǎng)將會(huì)保持9.2%的年增長(zhǎng)率。因此疏水涂層的研究具有極其重要的實(shí)用意義以及廣袤的應(yīng)用前景。

迄今為止，超疏水涂層制備方法主要依賴(lài)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(fù)雜、適用范圍有限、操作步驟繁瑣等原因，絕大多數(shù)超疏水涂層都難以成為實(shí)用的產(chǎn)品。因此，目前市面上可選擇超疏水涂層有如下缺點(diǎn)：（1）疏水性偏低（接觸角遠(yuǎn)低于150度，大部分在80-120度，且滑動(dòng)角度很高）；（2）原材料含氟，生產(chǎn)及應(yīng)用都對(duì)環(huán)境造成影響；（3）原料及生產(chǎn)成本過(guò)高。而完美實(shí)用的超疏水涂層須滿(mǎn)足以下特點(diǎn)：疏水性好，性能穩(wěn)定以及機(jī)械耐磨性強(qiáng)；在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中要求操作方便、價(jià)格便宜、環(huán)保并可大規(guī)模生產(chǎn)。因此研發(fā)一款可以滿(mǎn)足以上性能的超疏水涂層具有重大的科研意義以及應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也極具科學(xué)挑戰(zhàn)。

圖1. 制備過(guò)程以及表面微觀(guān)結(jié)構(gòu)的表征。圖片來(lái)源：Nat. Commun.

針對(duì)目前超疏水涂層存在的問(wèn)題，Simon Fraser大學(xué)于化忠教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于計(jì)量硅烷化反應(yīng)的超疏水涂層的制備技術(shù)。通過(guò)化學(xué)計(jì)量學(xué)精確控制長(zhǎng)鏈有機(jī)硅烷的水解和聚合，僅需一步反應(yīng)就能合成出類(lèi)似于荷葉表面的多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，同時(shí)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(yè)溶劑中，通過(guò)簡(jiǎn)單地浸泡或噴涂操作，在不同材質(zhì)、不同尺寸的基底上獲得優(yōu)異的超疏水性能（超高水接觸角>170°和超低滑動(dòng)角<1°）。

相較于其他超疏水涂層，該技術(shù)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 制備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉：涂層采用市面上已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)的有機(jī)硅烷作為原料，在常溫常壓下普通機(jī)械攪拌即可完成反應(yīng)；反應(yīng)本身高效、可控。

2. 疏水性能卓越：水接觸角170度左右，滑動(dòng)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(wěn)定性好：涂層在實(shí)驗(yàn)室條件下經(jīng)過(guò)沙礫沖擊、自來(lái)水沖洗、長(zhǎng)時(shí)間浸泡、砂紙研磨等測(cè)試后仍具有超疏水性。噴涂后放置于普通環(huán)境中，實(shí)測(cè)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(zhì)表面測(cè)試，疏水性能卓越、優(yōu)異。

5. 涂層具有非常獨(dú)特的包裹能力，在其他領(lǐng)域具有極大的拓展?jié)摿Α?/span>

圖2. 多功能涂層的性能測(cè)試與展示(包裹特性、自清潔、耐磨、大規(guī)模應(yīng)用)。圖片來(lái)源：Nat. Commun.

上述成果近期發(fā)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(xiàng)目的資助，并已申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)，“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(xué)教授。1991年畢業(yè)于山東大學(xué)，1997年在北京大學(xué)獲得理學(xué)博士學(xué)位；之后在加州理工學(xué)和加拿大科學(xué)院完成博士后研究工作。研究方向?yàn)椴牧匣瘜W(xué)和分析化學(xué)，發(fā)表高質(zhì)量研究論文超過(guò)150篇（包括Nat. Commun.；Acc. Chem. Res.；J. Am. Chem. Soc.；Angew. Chem. Int. Ed.）；發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)。現(xiàn)任Analyst（RSC）副主編，太原理工大學(xué)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(xiàn)任加拿大Queens大學(xué)博士后研究員。2013年畢業(yè)于山西大學(xué)化學(xué)系，2020年在Simon Fraser大學(xué)取得博士學(xué)位。主要從事超疏水涂層，微流控分析以及基于手機(jī)的分析檢測(cè)等領(lǐng)域。在Nature Communications，ACS Applied Materials and Interfaces等期刊發(fā)表多篇論文。