當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》

在基礎研究領域，超浸潤材料目前比較關注的問題是如何提高材料的機械性能和耐摩擦性能，進而拓展其在更多工業領域應用。

在應用領域，超浸潤材料目前在電子器件或電路板防水應用比較成熟。

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

1、請問多級微結構越多越好嗎？

一般來說是做疏水，要達到150~160度，是需要一些特殊的結構設計，但是不是說多級微結構越多越好，關于接觸角和結構之間是有一個公式，可以參考一下。

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

睡蓮和荷葉的上表面應該都是疏水的，下表面應該都是親水的。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，實際案例目前應該是還沒有。

4、親水性和毛細力兩個概念一樣嗎？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。毛細力的話，可以用楊氏方程去計算，跟材料的結構和表面能是相關的。

5、現在電子產品中防水機理是怎樣呢？

以手機為例，手機的防水分為兩類，一種是蘋果公司為代表的，使用的是密封防護，用Parylene做一個涂層；第二種是國產手機，采用的是等離子PECVD的方法。手機密封需要考慮散熱和信號問題，不能太厚，所以現在主流的方法是PECVD的方法，低表面的防水涂層，厚度大概在幾百個納米。目前大部分電子產品，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？

可以通過接觸角計算出材料的表面能，直接測試的話，可能是需要有一個專門測表面能的配套設備。

7、透明的超雙疏結構，現在有什么進展呢？

目前來講，超雙疏的結構是比較難做的，因為需要有特定的結構，如果再要做成透明的話，可能更難。疏水是比較好實現的，疏油的話有個測試標準，從6個碳的油到12個碳的油。超雙疏的透明結構雖然有很多文章，但是實際應用案例非常少。

8、涂層的機械穩定性，有沒有好的提升辦法？

非常好的問題。機械穩定性確實是超浸潤材料的一個短板，因為要實現超浸潤，必須要有一個微結構，所以目前的應用是在電子電路板去推廣。但是超親水材料的機械穩定性還是有辦法提升的，因為超親水不需要微結構，只需要有比較多的羥基或者羧基。

9、手機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，就是等離子體增強化學沉積的方法。如果是比較大的電子器件，例如LED屏這種則會采用Parylene，這是另外一種類似熱解的化學氣相沉積的方法。

10、最后一個案例中染料不能進去是什么原理，是過濾還是吸附染料？

主要是過濾。因為這個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納米，水分子會優先通過，所以染料分子就會被隔絕在外面。

11、在軍工產品的電路板上應用過防水嗎？

軍工產品上的電路板防水主要兩個方法，第一個是三防漆，第二個是Parylene涂層，就是對二甲苯的這個涂層。

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，目前會有一些有機無機復合的方法去增加耐磨性，用硬度比較高的無機材料做支撐，用有機的材料實現疏水功能。

13、超疏水材料，在軍方有什么具體的應用呢？

超疏水材料的用途應該會越來越廣，因為超疏水材料單位厚度的防護性能要比Parylene和三防漆要好。隨著電子設備越來越精細，防護涂層也需要越來越薄，當電子設備需要幾百個納米的防護涂層的時候，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，超親油材料不應該就超疏水嗎，這兩個概念怎么區分呢？

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

15、市場上有沒有多級孔的膜，比如既含有納米級的又含有微米級的？

應該是有這種膜的。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性和三防性能，如果在PCB板上應用如何篩選這類涂層材料？

可維護性方面，主要還是用于一些不怎么接觸外部環境的應用工況，因為它有一個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？

這個應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、親水疏油怎么實現的？油的表面能很低，疏油的表面能應該更低，怎么又能親水呢？

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

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

這個問題也很好。疏水失效后，耐蝕性、減阻性確實都會變差，所以提高疏水涂層的耐久性是目前研究的一個重點，前面提到用有機無機復合的方法，可以提高耐久性和耐磨性，但是具體的研究工作還在進行中。

20、護目鏡這塊使用親水涂層的話，水蒸氣吸收后是如何排除的？

這個問題也很好。實際上水還是在護目鏡上面，只不過不會形成霧滴了，也就是說霧滴一碰到鏡面，就鋪展開了，水還是在護目鏡上面，但是不會阻礙視線。

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

在交叉學科結合方面會是一個方向，比如說材料的響應性、光電性能或者復合其他的一些特性，這一塊可能會是一個熱點方向。應用前景的話，目前最成熟的應該就是在電子產品防水領域，未來可能在5G產品防護方面也有前景，我印象中基站的防護也要求薄，但是耐磨性的要求不是很高，所以未來5G方向可能也有應用前景。

22、基于氧化鋅的超疏水光催化協同自清潔材料設計時主要要考慮什么？

這個材料的催化作用主要還是要依靠紫外線去實現的。我前面講了兩個，一個是光催化的氧化鋅，另一個是生長層結構的氧化鋅，主要要考慮晶體生長的狀態，我們在這方面發表過兩篇文章，可以參考一下。

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

這個問題之前回答過了，就是選擇對耐磨性不做特殊要求的領域，主要利用疏水防水和耐久性能。手機防水涂層的接觸角，一般做到115度，就是一個比較合格的產品，因為手機防水涂層不需要超疏水，只需要疏水和防護，而且是不需要做結構的，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材料。傳統的三防漆一般都是20個微米以上，Parylene涂層的話從1個微米到100個微米不等，氣相沉積是一微米以下，是納米級的。

25、吸油材料，在工程實用中還有哪些技術挑戰呢？

在油污處理領域，最大的挑戰還是成本，因為我們的吸油材料，比一般的PP棉啊這種材料成本要高很多，可能會有好幾倍。另外一個在含油廢水處理工程應用中，還有時效性的問題，材料處理需要經過幾個月或者1年的驗證，但是因為油里面通常會是有機的成分，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，有些認為可能是有界面破乳過程，有些研究認為只是疏油分離的一個過程，還有些會在界面上組裝一些破乳劑。

27、如何實現超疏水涂層的自修復性？

自修復這一塊還是比較大的挑戰。叢應用角度講，我不太清楚有沒有通過膠囊去實現的，萬一涂層的某個部分破壞掉，可以通過膠囊的釋放去修復，但是具體的應用還沒有看到。

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更大一些。

29、超浸潤材料能否在纖維增強鋁基，鎂基復合材料中應用？

纖維增強的話，可能需要做一個界面處理，去增強跟鋁或者鎂的結合力，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構的超滑表面的耐久性問題以及目前的研究進展嗎？

仿豬籠草這塊研究，很多年前有發表在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。