日前，威海高新区福河变电站项目顺利通过省住建厅评审，成为山东省内首座二星级绿色建筑变电站。项目建设采用了超疏水超自洁防凝露涂料、高分子防潮封堵剂、零损耗辐射制冷膜等新材料，绿色建材使用率超过80%。那么，超疏水材料是什么，它又怎么来实现超自洁呢？

  超疏水材料是一类对水极端排斥的材料，通常由特殊的表面微纳粗糙结构和低表面能化学物质构成。它的疏水特性主要归功于表面的微纳粗糙结构。接触角大于150°、滚动角小于10°，是超疏水材料表面的典型特征。其中，水滴与表面的黏附力极小，且滚动角α＜10°的“荷叶态”，是目前研究最为广泛的一种超疏水材料状态。

  这种新型材料，大范围的应用于所有的领域，用于在金属材料领域则具有保护作用，起到了耐腐蚀的效果。实验证明经过加工该材料也能起到自清洁及耐磨的能力。随着超疏水材料应用的增加，所面临的问题也在变多，其稳定性成了该材料发展的研究之重。

  在古代，人们就有利用超疏水材料的意识，油纸伞便是其中的产物。最早的油纸伞伞面还不是轻巧的宣纸，而是动物的皮草。后来，随着纸张的发展，人们就想到了在伞面上铺就浸透天然桐油的宣纸，一来能减轻伞本身的重量，二来也达到了较好的疏水防雨效果。在油纸伞的制作的步骤中，至关重要的一步工艺便是刷桐油。桐油熬好后，要用棉布沾满桐油涂刷在伞的阴阳两面，要重复三次，自然晾干后还需再涂一遍，这样才可以保证油纸伞在雨中表现出较好的疏水性能，不被浸坏。

  油纸伞盛行在水光潋滟的江南，“文化、历史、怀旧”，这些附着在油纸伞上美好而典雅的标签，凝聚着浓郁的古老华夏民族的符号意义。现在的油纸伞，以其精美的图案、复古的造型，承载着古人精湛的工艺，勾连着人们怀旧的情愫。

  随着超疏水/超亲油材料成功应用于油水分离领域，人们发现这类材料固有的亲油性质会导致膜孔道堵塞，而且这类材料还存在重复使用性差，寿命短，力学性能较差等问题。所以研究者们致力于使用不相同的方法如水热法、溶胶凝胶法、刻蚀法、静电纺丝法、涂覆法、自组装技术、沉积法等其他方法研究出稳定性更好、具备多功能化(破乳等)的超疏水/超亲油膜材料。

  水热法又称高压溶液法，是指利用高温、高压水溶液使得通常难于溶解或者不溶的物质溶解和重结晶，从而构建多级粗糙表面的方法。水热法制备的功能纳米材料具备容易得到取向性好且完整的晶体、实现均匀的掺杂、明显的降低反应温度，而且比较容易控制等优势。

  溶胶-凝胶法是指通过前驱体在液相条件下，进行水解、缩合反应，形成透明溶胶，在逐渐凝胶化及经过后续处理得到相应物相的方法。溶胶-凝胶法制备超疏水材料过程中具有反应过程易于控制，易于操作；制备的样品均匀性高；另外也能够最终靠改变工艺参数或者过程来获得不一样的材料。

  刻蚀法是指通过物理或者化学的方式在基材表明产生微纳米结构的方法，包括激光刻蚀、化学刻蚀、等离子刻蚀，光刻蚀等方式。刻蚀法可以在表明上进行精准地操作和设计，但是成本比较高，经济性较差。

  静电纺丝法是指在外加电场下聚合物溶液或者熔体通过喷射最终固化形成纤维的方法。它一般适用于高分子材料。静电纺丝法制备的纤维既具有较大的比表面积，同时纤维上还具有小孔特殊结构，即孔隙率高。通过静电纺丝技术制备的超疏水膜材料具备过滤效率高、压降低等特点。

  涂覆法是一种简单快速获得不同形貌表面的方式，包括喷涂法、浸涂法，涂刷法和电泳涂装法。喷涂法是利用喷机将含有活性颗粒喷成雾状，在基材表面沉积形成粗糙结构；浸涂法是将基材浸泡在活性溶液中，沉积附着形成涂装表面；涂刷法是将涂料直接涂覆在表面；电泳涂装法适合于水性涂料。

  自组装技术是模仿自然环境分子自组装形成特地结构的颗粒，以分子水平构建功能材料表面的方法。具有粒径可控，分散性好，操作简单便捷等优点，但是对条件控制要求严格。

  沉积法是一种低成本，简便有效地制备多级微纳米粗糙结构的方法，包括化学沉积法和电化学沉积法。化学沉积法是指基材在活性组分氛围中其表面发生化学反应，从而形成多级微纳米结构或改性表面；电化学沉积法是指采用阴极还原和阳极氧化的方式，在表面沉积形成微纳米结构。

  通过以上很多方法如水热法、溶胶凝胶法、刻蚀法、静电纺丝法、涂覆法、自组装技术、沉积法等其他方法在不一样的材料上(如具有可降解的蚕丝蛋白、聚多巴胺、单宁酸、化纤物质、矿物颗粒等)制备的超疏水/超亲油性的材料，可实现油包水乳浊液或者重油/水的分离，而且现今所制备的超疏水/超亲油性的材料在环境稳定性和化学稳定性上得到了很大的改善。但是无法很有效地分离轻油/水以及水包油乳浊液，同时也存在着一些问题比如目前许多方法在操作上很复杂，成本相比来说较高，没办法实现大规模的生产。

  当前，围绕在我们正常的生活周围的超疏水材料，在医学、建筑、纺织、军事等领域有着广阔的应用前景。

  超疏水材料的显著特征是不润湿，这样就降低了与细菌接触的可能。医学上抓住了这个新思路来抑制细菌繁殖、防止伤口感染溃烂。科研人员是利用超疏水粗糙表面间隙留存的空气，迫使肽聚糖和底物之间的接触区域变得最小，基于这些空气层来抑制和减小细菌黏附，从而抑制生物膜形成，降低感染的可能性。

  雨过天晴后，荷叶表面光洁如新，这是由于超疏水材料具备的自清洁性能。科研人员将这一性能迁移到建筑墙体的防护上，运用超疏水材料的墙面相较于普通墙面更干净。这是因为附着了超疏水材料的墙体，上面的颗粒及液体污染物容易通过水流的作用被冲走，由此减少了人工打扫的成本，降低了能源的损耗。一些户外玻璃、太阳能电池板、高层建筑外墙就是应用了超疏水材料的这一性能。

  应用了超疏水材料的纺织品也表现出不黏附、自清洁的性能，被人们戏称为“不用洗的衣服”，即使酱油滴在衣服上也会“丝滑”溜走，不留污渍。具有这种优良性能的纺织物能够完全满足人们日常生活的多方面需求。

  在军事装备方面，超疏水材料为武 器带来了更多的优良性能，以面对更严苛的外部环境，比如耐磨、防雾等综合防护能力。2017年4月，美国密歇根大学研制的一种高耐磨性超疏水涂料，由氟化多面体低聚倍半硅氧烷低表面能材料和氟化聚氨酯高弹体黏合剂混溶制成。在防雾方面，超疏水材料以多尺度的表面结构，抑制了潮湿环境中的雾气凝结，进而达到有效保护光学器件等重要设备的目的。

  就在2020年，电子科技大学的郑旭教授团队在顶尖学术期刊《Nature》上发表了一项突破性的研究成果，他们成功开发了一种具有超疏水性和自清洁功能的材料。长期以来，超疏水性材料一直非常关注，但在实际应用中常常被质疑，因为它们容易收到外部作用力破坏而失去效果。

  比如，你随便打开一个购物软件，搜索手机膜，商家一定会强调疏水性，你买回来以后一看，还真是这么回事，既不留指纹，水珠也残留不了。但是这种那些手机膜用了一段时间，你就能发现，好像没过两个月这个效果就没了。是商家故意不给你长期保持疏水疏油的膜吗？还真不是，是因为他们没那个水平。

  疏水性材料并不是一个新东西，但是之前很多这方面的产品的疏水性与耐用性都不能共存。这样也就给超疏水材料的应用带来了很多的局限，基于这样的一个问题出发，郑教授研究团队就是设计了这么一个超疏水表面，可以让两种性质和谐共生。

  为了验证实际的效果，他们通过砂纸打磨、刀划以及钻头钻等方式，验证了这种材料的耐久性和持久的自清洁特性。

  如果这项技术能够成功应用于电子科技类产品中，例如电脑和手机，那将是一项重要的突破。不再担心水的侵害，即使是不小心洒了咖啡或饮料，也不需要过多的担心电子科技类产品损坏。这种超疏水性材料的应用还可能超出我们的想象，例如在阴雨连绵的环境中，长时间不使用的电脑或手机很容易受到潮气的影响，导致没办法正常启动。但是，如果超疏水性材料可以在一定程度上完成出色的防潮功能，那么这样的一个问题将会得到一定效果解决。

  超疏水性材料的广泛应用也引发了许多领域的遐想。除了电子科技类产品，许多领域都可能从中受益。此次突破性研究为超疏水性材料的逐步发展提供了新的方向。未来，科学家们能更加进一步优化材料的性能和稳定能力，使其在更广泛的领域得到应用。看了这种超疏水性材料广泛的应用前景，我们大受震撼，不过，可别高兴太早，我们也需要认识到超疏水性材料仍然面临一些挑战和限制。

  例如，材料的制备过程可能较为复杂和昂贵，要进一步研究和改进。此外，超疏水性材料的耐久性和稳定能力也需要得到更多的验证和测试，以确保其在实际应用中的可靠性。

  虽然任旧存在一些挑战和限制，但随着科学技术的慢慢的提升，我们有理由相信，超疏水性材料将会在未来带来更多令人惊喜的创新和应用。

  随着超疏水材料应用在持续不断的增加，其弊端也逐渐被发现。通过多方考证发现超疏水性的原理是通过微/纳米结构附着在其表面，使得物体本体与外界的接触面减小，所以这种微/纳米结构受到的局部压强也会更大，从而更易磨损。这是超疏水材料消耗快速，造成其不稳定性的根本原因。在以往超疏水材料中，机械稳定性和超疏水性成了此高彼低的局势，所以如何增强超疏水材料的稳定性成了未来超疏水材料的研究重点。

  目前绝大多数超疏水材料的制备工艺面临如制备条件形势严峻、生产技术复杂、工艺时间长、疏水效果不明显等着诸多困难，这是导致其难以大量规模生产应用的原因，同时还需要注意到一些工业产业对于功能性超疏水材料的需求，在这样的形势下我们该更加侧重低成本，工艺易于实现的环境友好型超疏水材料的制备。相信在不久的将来，以绿色，环保原料为主导的超疏水材料将占据为市场的主导地位，其效能也将能够完全满足广大人民和社会的需求。