超疏水表面材料以其對水的高度排斥性，不僅改變了我們對物質(zhì)與水之間相互作用的傳統(tǒng)認(rèn)知，更在船舶浮力提升、管道運(yùn)輸優(yōu)化、織物功能拓展以及微流體控制等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了驚人的潛力，當(dāng)微流控技術(shù)遇上神奇的超疏水材料，又會(huì)產(chǎn)生怎樣的火花呢？

一、什么是超疏水材料？

     當(dāng)我們提及超疏水材料，首先映入腦海的往往是其在提高浮力方面的應(yīng)用。傳統(tǒng)的疏水材料雖然能在一定程度上減少水與物體表面的接觸，但所產(chǎn)生的浮力有限，且制備工藝復(fù)雜、成本高昂，限制了其大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。然而，自然界中的水黽卻以其超凡的浮力能力為我們提供了靈感。

     水黽，這種輕盈的水生昆蟲，能夠自如地在水面上行走而不下沉，其奧秘就在于其腿部上的超疏水結(jié)構(gòu)。經(jīng)過深入研究，發(fā)現(xiàn)水黽腿表面定向排列著微米級針狀剛毛，這些剛毛上又布滿了螺旋狀納米溝槽結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的復(fù)合二級納米結(jié)構(gòu)不僅賦予了水黽腿超疏水性，還使其產(chǎn)生了高達(dá)自身重量52倍的浮力。

     受此啟發(fā)，科研團(tuán)隊(duì)對水黽腿進(jìn)行了深刻細(xì)致的研究，并據(jù)此設(shè)計(jì)了新型超級浮力材料，研制的新型超級浮力材料，表面具有微納米結(jié)構(gòu)，能夠改變船體與水的接觸狀態(tài)，從而減小船體在水中所受阻力。這種微型船不僅能在水面自由漂浮，還能承載比自身最大排水量多50%的重量。這一成果無疑為船舶制造業(yè)帶來了新的革命，未來有望開發(fā)出具有更強(qiáng)抗海水腐蝕能力的疏水船舶表面，以及減小潛水阻力、增加航行速度的潛艇殼體表面材料。

二、超疏水材料可以應(yīng)用在哪些場景？

管道運(yùn)輸

     天然氣管道運(yùn)輸作為陸上天然氣資源的主要輸送方式，其傳輸效率和安全性至關(guān)重要。然而，由于天然氣中往往含有硫化氫、二氧化碳和水等腐蝕性物質(zhì)，管道容易發(fā)生各種腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致傳輸效率降低。針對這一問題，超疏水材料展現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)勢。

     有研究在鋁及其合金表面上制備了超疏水薄膜，顯著提高了其防腐能力。還可以利用有機(jī)硅氧烷等混合液在天然氣管道內(nèi)表面噴涂，制備出超疏水膜，進(jìn)一步增強(qiáng)了管道的耐腐蝕性能。此外，通過無序碳納米管與聚四氟乙烯的復(fù)合結(jié)構(gòu)，也可以在基材鋁板表面形成超疏水PTFE膜。這種膜不僅具有優(yōu)異的防腐性能，還能有效減小天然氣在管道中的傳輸阻力，提高輸送效率。

     在國外，許多鋁、鐵、碳鋼等金屬以及合金表面都會(huì)用超疏水膜來修飾，以提高其防腐蝕性。這一方法不僅適用于管道氣體運(yùn)輸，還可廣泛應(yīng)用于液體運(yùn)輸減阻等方面。通過降低運(yùn)輸能耗，提高輸送效率，超疏水材料在管道運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。 

織物與過濾材料

     超疏水材料在織物及過濾材料方面的應(yīng)用同樣令人矚目。通過靜電紡絲法或在材料表面進(jìn)行處理，可以制備出具有超疏水性的各種微納米結(jié)構(gòu)纖維。這類纖維不僅具有優(yōu)異的防水性能，還可用于制造防水薄膜、疏水濾膜以及防水透氣薄膜等。

     美國NANOTEX公司采用納米技術(shù)開發(fā)的Nano-care功能型面料，德國巴斯夫公司開發(fā)的具有超疏水自清潔功能的聚酯雨衣、雨篷及衣物面料，都是超疏水材料在織物領(lǐng)域的杰出應(yīng)用。此外，上海名列化工科技有限公司開發(fā)的MLCF系列多孔薄膜，則利用PTFE、PVDF等低表面能材料作為基材，通過熱覆及相轉(zhuǎn)化法制成。這種薄膜的纖維結(jié)構(gòu)呈納米級的超細(xì)亂纖排布，不僅具有優(yōu)異的超疏水性能，還可應(yīng)用于空氣凈化、油脂類凈化過濾以及制藥過程中的液體和膠體過濾等方面。

     超疏水材料在超細(xì)纖維制備、現(xiàn)有纖維或織物的超疏水處理以及制備分子級的纖維疏水過濾材料等方面都有十分廣泛的應(yīng)用。這些應(yīng)用不僅拓展了纖維及紡織領(lǐng)域的功能，還推動(dòng)了該領(lǐng)域的更新?lián)Q代和產(chǎn)業(yè)升級。 

微流體控制

     超疏水材料表面所具有的不浸潤性及低表面粘滯力，使其在微流體控制應(yīng)用方面同樣表現(xiàn)出色。通過控制微液滴的運(yùn)動(dòng)和流動(dòng)，可以制造微液滴控制針頭，實(shí)現(xiàn)對液體滴加計(jì)量的精確控制。這種技術(shù)不僅適用于實(shí)驗(yàn)室中的精確添加試劑，還可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程中的液體計(jì)量。 

     如果將這類技術(shù)運(yùn)用到靜電噴涂領(lǐng)域，比如用超疏水材料制造噴漆噴膠等的噴頭，將會(huì)使噴涂的液滴更加均勻，霧化效果更好。這對于對噴涂效果有特殊要求的場合來說，無疑是一個(gè)巨大的福音。此外，如果以這類材料制作毛細(xì)管類的材料，將會(huì)使液滴的虹吸量更少，從而可以制造體積更小、精密度更高的液體傳輸設(shè)備。這些應(yīng)用不僅提高了微流體控制的精度和效率，還為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了新的思路和方法。

     超疏水表面材料以其獨(dú)特的性能和應(yīng)用前景，正在逐步改變我們的生活和生產(chǎn)方式。從提高船舶浮力到優(yōu)化管道運(yùn)輸，從拓展織物功能到精準(zhǔn)操控微流體，超疏水材料正以其無限的潛力引領(lǐng)著科技的新紀(jì)元。