当液滴与材料接触面之间的接触角接近零度（超亲水）或者大于一百五十度（超疏水），这种材料就成为超浸润材料。

图表：屈孟男教授以鸡蛋壳为原料制备的超疏水材料。图片来源：《Nature》

在基础研究领域，超浸润材料目前比较关注的问题是如何提高材料的机械性能和耐摩擦性能，进而拓展其在更多工业领域应用。

在应用领域，超浸润材料目前在电子器件或电路板防水应用比较成熟。

我们整理了超浸润领域大家比较关注的30个问题（资料来自DT新材料&材视线上课堂，文字内容根据曾志翔研究员线上问答整理而成。）

1、请问多级微结构越多越好吗？

一般来说是做疏水，要达到150~160度，是需要一些特殊的结构设计，但是不是说多级微结构越多越好，关于接触角和结构之间是有一个公式，可以参考一下。

2、睡莲和菏叶下表面的亲疏水性应该不一样。睡莲亲水，但是菏叶好像表现的是疏水，是这样吗？

睡莲和荷叶的上表面应该都是疏水的，下表面应该都是亲水的。我们回头可以去测试一下，但是可以肯定上表面和下表面的亲疏水性肯定不一样。

3、超浸润材料做防污涂层的话，使用寿命怎么样？

目前来讲，防污涂层主要还是氧化亚铜用的多，超浸润材料在防污涂层目前还在研究当中，虽然有些人做了挂板称能做几年，但是真正用超浸润材料去做防污涂料的，实际案例目前应该是还没有。

4、亲水性和毛细力两个概念一样吗？如何表征？

亲水性我们主要测试水滴与接触面的浸润角，如果小于10度，我们就成为超亲水。毛细力的话，可以用杨氏方程去计算，跟材料的结构和表面能是相关的。

5、现在电子产品中防水机理是怎样呢？

以手机为例，手机的防水分为两类，一种是苹果公司为代表的，使用的是密封防护，用Parylene做一个涂层；第二种是国产手机，采用的是等离子PECVD的方法。手机密封需要考虑散热和信号问题，不能太厚，所以现在主流的方法是PECVD的方法，低表面的防水涂层，厚度大概在几百个纳米。目前大部分电子产品，包括音响、手表或者平板电脑，都是采用的PECVD的方法。

6、请问如何通过接触角测表面能？

可以通过接触角计算出材料的表面能，直接测试的话，可能是需要有一个专门测表面能的配套设备。

7、透明的超双疏结构，现在有什么进展呢？

目前来讲，超双疏的结构是比较难做的，因为需要有特定的结构，如果再要做成透明的话，可能更难。疏水是比较好实现的，疏油的话有个测试标准，从6个碳的油到12个碳的油。超双疏的透明结构虽然有很多文章，但是实际应用案例非常少。

8、涂层的机械稳定性，有没有好的提升办法？

非常好的问题。机械稳定性确实是超浸润材料的一个短板，因为要实现超浸润，必须要有一个微结构，所以目前的应用是在电子电路板去推广。但是超亲水材料的机械稳定性还是有办法提升的，因为超亲水不需要微结构，只需要有比较多的羟基或者羧基。

9、手机表面超疏水是采用何种方法做上去的?

90%的都是采用PECVD的方法去做，就是等离子体增强化学沉积的方法。如果是比较大的电子器件，例如LED屏这种则会采用Parylene，这是另外一种类似热解的化学气相沉积的方法。

10、最后一个案例中染料不能进去是什么原理，是过滤还是吸附染料？

主要是过滤。因为这个正渗透膜的孔径非常非常小，大概在1纳米以下，而染料分子的尺寸一般是几个纳米，水分子会优先通过，所以染料分子就会被隔绝在外面。

11、在军工产品的电路板上应用过防水吗？

军工产品上的电路板防水主要两个方法，第一个是三防漆，第二个是Parylene涂层，就是对二甲苯的这个涂层。

12、怎么增加超疏水表面的耐磨性？

超疏油的话目前还是比较脆弱的，在耐磨性方面是短板，目前会有一些有机无机复合的方法去增加耐磨性，用硬度比较高的无机材料做支撑，用有机的材料实现疏水功能。

13、超疏水材料，在军方有什么具体的应用呢？

超疏水材料的用途应该会越来越广，因为超疏水材料单位厚度的防护性能要比Parylene和三防漆要好。随着电子设备越来越精细，防护涂层也需要越来越薄，当电子设备需要几百个纳米的防护涂层的时候，就是超疏水材料的用武之地了。

14、减阻材料不依靠超疏水，主要依靠超亲油，超亲油材料不应该就超疏水吗，这两个概念怎么区分呢？

这个主要看材料表面能，如果表面能在35mN/m以下，材料就是双疏状态，如果在35~78mN/m之间的话，就是疏水亲油状态，如果大于78mN/m，就是双亲且超亲水-水下超疏油得的状态。

15、市场上有没有多级孔的膜，比如既含有纳米级的又含有微米级的？

应该是有这种膜的。包括一些陶瓷膜或者PVDF膜，但是一般都需要改性，在基膜的基础上，再刮一层致密的膜。

16、能否介绍一下超疏水涂层材料的可维护性和三防性能，如果在PCB板上应用如何筛选这类涂层材料？

可维护性方面，主要还是用于一些不怎么接触外部环境的应用工况，因为它有一个好处就是抗老化抗紫外线的性能比较好。三防性能的话，防腐和防霉菌性能比较好的。PCB板选用这种涂层，肯定是需要和现在的三防漆和Parylene去做对比，才可以做筛选。

17、有没有350℃下仍能保持疏水性能的处理方法？

这个应该就是选用一些耐高温的低表面能材料，比如含有硝基苯基的硅材料，有可能能耐350℃，可以查一下这方面资料。

18、亲水疏油怎么实现的？油的表面能很低，疏油的表面能应该更低，怎么又能亲水呢？

在水里面的话是很容易实现亲水疏油的，只要选一种亲水性非常强的材料即可。但是在空气中，怎么实现亲水疏油是比较有技巧的，就是说接枝一个分子，这个分子的上一端具有一些既疏水又疏油的基团，但是下一端需要有羟基或者羧基这种基团，这是一种比较特殊的设计。

19、稳定性不够的话，疏水失效后，表面反而增加了界面接触，流体减阻、腐蚀防护、抗生物附着能力反而严重变差，耐久性耐磨性怎么提升？

这个问题也很好。疏水失效后，耐蚀性、减阻性确实都会变差，所以提高疏水涂层的耐久性是目前研究的一个重点，前面提到用有机无机复合的方法，可以提高耐久性和耐磨性，但是具体的研究工作还在进行中。

20、护目镜这块使用亲水涂层的话，水蒸气吸收后是如何排除的？

这个问题也很好。实际上水还是在护目镜上面，只不过不会形成雾滴了，也就是说雾滴一碰到镜面，就铺展开了，水还是在护目镜上面，但是不会阻碍视线。

21、过去二十年里做疏水表面的很多，未来在超浸润这个领域的研究热点和方向主要有哪些？

在交叉学科结合方面会是一个方向，比如说材料的响应性、光电性能或者复合其他的一些特性，这一块可能会是一个热点方向。应用前景的话，目前最成熟的应该就是在电子产品防水领域，未来可能在5G产品防护方面也有前景，我印象中基站的防护也要求薄，但是耐磨性的要求不是很高，所以未来5G方向可能也有应用前景。

22、基于氧化锌的超疏水光催化协同自清洁材料设计时主要要考虑什么？

这个材料的催化作用主要还是要依靠紫外线去实现的。我前面讲了两个，一个是光催化的氧化锌，另一个是生长层结构的氧化锌，主要要考虑晶体生长的状态，我们在这方面发表过两篇文章，可以参考一下。

23、超疏水材料的耐磨性差，未来能否真正的应用？手机防水涂层的水接触角需要达到多少度合适？

这个问题之前回答过了，就是选择对耐磨性不做特殊要求的领域，主要利用疏水防水和耐久性能。手机防水涂层的接触角，一般做到115度，就是一个比较合格的产品，因为手机防水涂层不需要超疏水，只需要疏水和防护，而且是不需要做结构的，所以大概就是做到115度。

24、市面上有一些超疏水涂层是浸泡5秒就可以了，请问这类材料与传统三防漆和气相沉积方法相比哪种比较好呢？

您说的市面上浸泡5秒的材料，应该主要用的是材料的自组装功能，具体不太清楚您说的这个材料。传统的三防漆一般都是20个微米以上，Parylene涂层的话从1个微米到100个微米不等，气相沉积是一微米以下，是纳米级的。

25、吸油材料，在工程实用中还有哪些技术挑战呢？

在油污处理领域，最大的挑战还是成本，因为我们的吸油材料，比一般的PP棉啊这种材料成本要高很多，可能会有好几倍。另外一个在含油废水处理工程应用中，还有时效性的问题，材料处理需要经过几个月或者1年的验证，但是因为油里面通常会是有机的成分，不一定有这么长寿命，另外温度也是需要考虑的一个问题。

26、油水乳液分离膜主要是依靠孔径筛分么？有没有界面破乳过程？

这方面的研究很多，有些认为可能是有界面破乳过程，有些研究认为只是疏油分离的一个过程，还有些会在界面上组装一些破乳剂。

27、如何实现超疏水涂层的自修复性？

自修复这一块还是比较大的挑战。丛应用角度讲，我不太清楚有没有通过胶囊去实现的，万一涂层的某个部分破坏掉，可以通过胶囊的释放去修复，但是具体的应用还没有看到。

28、大孔聚合物和气凝胶材料的吸油原理有什么不同吗？

基本都是利用毛细吸附作用力去吸附的，只不过气凝胶更轻，可能99%都是空气，所以气凝胶的吸油倍率可能会更大一些。

29、超浸润材料能否在纤维增强铝基，镁基复合材料中应用？

纤维增强的话，可能需要做一个界面处理，去增强跟铝或者镁的结合力，但是具体做什么样的改性，不同的材料可能有不同的改性方法。

30、能介绍一下仿猪笼草结构的超滑表面的耐久性问题以及目前的研究进展吗？

仿猪笼草这块研究，很多年前有发表在Nature的工作。我们目前做的不多，可以咨询下兰州化物所的周峰和郭志光，他们在超滑表面做了比较多的工作。