金屬腐蝕現(xiàn)象一直是制約社會發(fā)展的一個重大問題，每年因其造成的損失約占GDP的2%-4%，甚至?xí)a(chǎn)生安全隱患。近年來，受自然界荷葉的啟發(fā)，學(xué)者們利用仿生技術(shù)制備了一系列超疏水材料。由于其獨特的微納復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)，通過空氣膜將腐蝕介質(zhì)與材料表面隔開，在防腐領(lǐng)域具備極大潛力，但耐用性不足嚴重限制了超疏水涂層在防腐領(lǐng)域的應(yīng)用。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計同時實現(xiàn)防腐與長效的超疏水涂層矛盾重重。一方面在超疏水涂層上引入粗糙結(jié)構(gòu)雖可獲得出色的疏液性，同樣也會導(dǎo)致局部水汽滲透和涂層機械強度降低。另一方面降低涂層表面能雖有利于提高腐蝕介質(zhì)吸附滲透和化學(xué)反應(yīng)的能壘，但又會引入涂層附著力弱的問題。過去的數(shù)十年中，學(xué)者們進行了大量的嘗試來解決這些挑戰(zhàn)，卻始終難以滿足實際應(yīng)用的要求。

針對上述問題，東南大學(xué)張友法教授團隊聯(lián)合香港理工大學(xué)王鉆開教授、電子科技大學(xué)鄧旭教授和上海交通大學(xué)李萬博副教授設(shè)計了一種超疏水單元胞涂層，將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和防腐高效性集于一身（圖1）。相關(guān)成果以“Ultra-durable superhydrophobic cellular coatings”為題在線發(fā)表于《Nature Communications》，文章第一作者為東南大學(xué)顧萬誠博士和上海交通大學(xué)李萬博副教授。

圖1. 單元胞涂層示意圖

該超疏水單元胞涂層優(yōu)異的機械穩(wěn)定性與綜合耐久性。與已報道的超疏水涂層相比，單元胞涂層的耐磨性和沖擊韌性分別提高了30-100倍和120倍（圖2a-e）。即使經(jīng)過多種磨損、沖擊、反復(fù)踩踏、膠帶剝離、高壓浸泡以及老化處理（例如化學(xué)腐蝕和高低溫處理）后，單元胞涂層依然保持優(yōu)異的超疏水性（圖2f）。

圖2. 單元胞涂層的長效性

值得注意的是，該單元胞涂層同時具備出色的防腐性能：(a) 防氣相介質(zhì)腐蝕。單元胞涂層對中性鹽霧及其冷凝液滴具有很強的排斥性（圖3a）。即使經(jīng)受1200 h的中性鹽霧腐蝕，其保護的金屬基底也未出現(xiàn)任何腐蝕。(b) 防液相介質(zhì)腐蝕：單元胞涂層對海水腐蝕具有顯著的屏障效應(yīng)。如圖3b所示，在海水中浸泡超過3600 h后，單元胞涂層依然保持超高的阻抗（109-1010 Ω / cm2），相對于傳統(tǒng)涂層，阻抗模值提升了四個數(shù)量級，且金屬基底未發(fā)生任何腐蝕。

此外，單元胞涂層還具有優(yōu)異的固相排斥性和強化傳熱作用，進一步拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域，有望對海洋、建筑和能源領(lǐng)域內(nèi)超疏水防腐涂層的拓展應(yīng)用產(chǎn)生深遠影響。

圖3. 單元胞涂層的防腐性與其他功能