陕西科技大学化学与化工学院
陕西省轻化工助剂重点实验室
中国轻工业轻化工助剂重点实验室
超疏水材料是研究者们根据荷叶、玫瑰花瓣以及其他动植物的自清洁效应，对其表面微观结构进行研究后制备得到的一种仿生材料，材料的亲疏水性受材料浸润性的影响。
当材料表面与水的接触角(CA)大于150°,滚动角(SA)小于10°时，把这类材料称为超疏水材料。
根据固体表面微观结构以及表面自由能对固体表面浸润性的影响可知，超疏水材料的制备可通过在材料表面构建粗糙结构以及用低表面能物质修饰材料表面这两种途径来实现。
由于单一的低表面能物质修饰材料表面只能使水滴在材料表面的接触角达到120°，而无法达到超疏水的效果，所以表面粗糙度的引入十分必要。
一般是通过在材料表面引入粗糙度，然后再加入低表面能物质进行修饰，从而得到超疏水材料。超疏水材料的制备方法有模板法、刻蚀法、喷涂法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法等，各类制备方法的优缺点比较见表1。
在物理磨损和化学腐蚀的情况下，普通的超疏水材料很容易丧失超疏水性能，从而影响其正常使用。为了提高超疏水材料的耐久性和稳定性，一些科研工作者受自修复材料的启发，将自修复性引入到超疏水材料的结构中从而制得能够重复使用的自修复超疏水材料。
自修复超疏水材料根据修复机理可以分为两种，一种是外援型自修复超疏水材料，另一种是本征型自修复超疏水材料。
更多行业资讯，欢迎加入艾邦汽车膜行业交流群
外援型自修复超疏水涂层材料
外援型自修复超疏水涂层材料可以修复超疏水涂层材料表面的损伤，是通过微胶囊、液体纤维、自相似结构等方法将修复剂(低表面能物质)储存在超疏水材料内部。
当材料表面受到破坏时，可以通过改变光照、温度、pH等条件进行刺激，使得材料内部的修复剂释放出来，向材料的受损部位进行迁移，从而使受损表面进行愈合，材料恢复超疏水性能。
将这三种外援型自修复方法从环保程度、修复速度和使用寿命进行对比，优缺点如图1所示。
可以看出，微胶囊法的修复速度最快，但自相似结构法的环保程度和耐久性均是最优，这主要是因为微胶囊法和液体纤维法在“破坏-修复”循环数次后修复剂会被释放完，材料将丧失自修复能力。
液体纤维修复是将液体纤维埋植于复合材料中，在液体纤维中封装修复剂，在材料破损时液体纤维发生断裂，从纤维中流出的修复剂可以粘接裂纹或与材料中的催化剂发生反应而修复裂纹。
本征型自修复超疏水涂层材料
由于外援型自修复材料修复剂的储存量有限，当修复剂消耗完后材料便会丧失自修复性能，使用寿命有限。
为了延长自修复超疏水材料的使用寿命，修复具有划痕、裂缝以及断裂的材料，科研工作者逐渐探索出了一种不需添加任何修复剂，在特定条件下，仅凭自身化学结构特性就可实现自修复过程的本征·型自修复材料。
该方法是向材料内部结构中引入动态化学键，当材料被破坏后，在一定的条件刺激下，被破坏的化学键会因动态平衡恢复至初始状态，从而使得材料结构和状态得以恢复，使材料的耐久性和重复使用性得到了改善。
本征型自修复材料根据参与修复的化学键的不同可以分为：基于可逆非共价键和基于可逆共价键的自修复材料。
可逆非共价键包括氢键、金属配位键和离子键等，其特点如表2所示。
将它们引入超疏水材料的结构中，当材料因受到化学腐蚀或物理磨损而导致材料内部结构被破坏时，通过一定的条件刺激，材料可以进行氢键或金属配位键的重组使受损部位得以修复，从而使材料超疏水性得以恢复。
而共价键的稳定性高于非共价键，以可逆共价键构筑共价交联网络不但能使材料具备自修复性能，而且可以增加材料的稳定性。
结语
自修复超疏水涂层材料以其优异的功能性和经济性已成为当前研究的热点。然而对于自修复超疏水涂层材料的研究目前仍处于初期阶段，尚有许多问题需要解决：
(1) 功能修饰基团较为单一，超疏水功能化目前主要用含氟物质进行修饰，这种物质对环境和人体健康均存在潜在危害；
(2) 目前制备自修复超疏水涂层材料的方法多是将自修复性质与超疏水性质进行简单叠加，没有将二者的功能性进行有机结合，其更大的协同效应及功能特性需要挖掘；
(3) 基底的选择对超疏水涂层(特别是较薄的膜层)至关重要，基底的结构和性质将会影响低表面能物质的迁移，其微观结构和粗糙度对超疏水涂层材料的性能有着很大影响，但目前该类研究较少；
(4) 自修复超疏水涂层材料的应用较为局限，其应用领域需要进一步开发。
因此，对于自修复超疏水涂层材料未来的研究方向，我们认为可从以下几点展开：
(1) 深入研究自修复超疏水涂层材料的自修复过程及超疏水机理，为材料的功能化及性能提高提供理论基础；
(2) 开发其他自修复超疏水涂层材料制备方法，在现有制备方法外，寻找其他的外援型和本征型自修复超疏水涂层材料制备方法的功能单元及制备条件；
(3) 探究基底微纳米结构、粗糙度、亲疏水性以及化学稳定性对超疏水涂层材料影响的普适性规律及相关理论；
English 
Chinese