超疏水材料是疏水角超過(guò)150°的疏水材料，因此具有獨(dú)特的潤(rùn)濕性能，可以大幅降低水滴的粘附性能，在自清潔、防結(jié)冰以及水中減阻等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，超疏水性能的實(shí)現(xiàn)大多需要微納結(jié)構(gòu)及低表面能有機(jī)材料的修飾，因此其力學(xué)、耐高溫、抗老化等方面的性能較差。相比于有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料具有更好的力學(xué)性能和耐久性，因此開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)超疏水材料具有重要的研究意義與應(yīng)用價(jià)值。

最近，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒和吳忠振團(tuán)隊(duì)成功制備出一種含有負(fù)表面能θ-Al2O3納米材料修飾的多相氧化鋁與納米/微米空隙結(jié)構(gòu)組合形成新型無(wú)機(jī)超疏水涂層復(fù)合材料，進(jìn)而提出由“正+負(fù)+零”表面能組合材料形成新一代的純無(wú)機(jī)超疏水材料結(jié)構(gòu)。

新一代無(wú)機(jī)超疏水表面制備示意圖

2004年，Norskov通過(guò)理論計(jì)算提出θ-Al2O3相在固/水界面具有負(fù)表面能（“A negative surface energy for alumina” ，Nature Materials，vol. 3，no. 5，pp. 289–293）。新材料學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)基于自主研發(fā)的電弧等離子體和水基電解液的超臨界電化學(xué)技術(shù)，通過(guò)調(diào)控高溫快冷與酸堿性變化等多步連續(xù)電化學(xué)反應(yīng)，在鋁合金表面實(shí)現(xiàn)了多相氧化鋁微納結(jié)構(gòu)涂層的制備，并通過(guò)微刻蝕使得基于負(fù)表面能的θ-Al2O3納米相嵌在低表面能的微結(jié)構(gòu)表面，從而實(shí)現(xiàn)整體的超疏水性能。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)其進(jìn)行了耐高溫、抗老化、耐磨及耐腐蝕等方面的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該涂層在明火烤燒、300 °C高溫加熱等處理后均能保持150°以上的超疏水性能；在日光下暴曬360天后，疏水角未發(fā)生明顯下降；在10 N載荷下與無(wú)紡布對(duì)磨2000次仍可以維持130°以上的疏水角；由于水滴在其表面不潤(rùn)濕，其耐腐蝕性能突出，尤其是腐蝕電流達(dá)到10-10 A/cm2數(shù)量級(jí)。

G1-低表面能的第1代、G2-低表面能與零表面能空氣微/納孔結(jié)構(gòu)的第2代及G3-低表面能中嵌負(fù)表面能與零表面能空氣微/納孔結(jié)構(gòu)的第3代的超疏水材料結(jié)構(gòu)示意圖

這項(xiàng)工作首次實(shí)現(xiàn)了低表面能材料中嵌負(fù)表面能（θ-Al2O3）與零表面能空氣微/納孔結(jié)構(gòu)一起組成新一代超疏水材料結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了其一步法連續(xù)制備。其優(yōu)異的力學(xué)、耐高溫、抗老化及耐磨損等性能，將滿(mǎn)足工程領(lǐng)域復(fù)雜苛刻的應(yīng)用需求，在航空航天、海洋裝備等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)工作由黃維院士邀請(qǐng)，以“Tuning superhydrophobic materials with negative-surface-energy domains”為題發(fā)表在Research【Science Partner Journal (SPJ) program】期刊(Research, 2019, 1391804, DOI: 10.34133/2019/1391804)。

該工作得到國(guó)家材料基因工程重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等項(xiàng)目的大力支持。