機械高穩態超疏水表面的研究進展

青勇權，安愷，朱鵬，龍猜，商碩，劉常升

（東北大學 材料科學與工程學院，沈陽 110819）

固體表面的潤濕性與人類生活息息相關，詩人們膾炙人口的詩句，諸如“白毛浮綠水，紅掌撥清波”、“隨風潛入夜，潤物細無聲”、“出淤泥而不染，濯清漣而不妖”等，生動地描述了自然界中的潤濕現象。其中，自然界中的超疏水現象（圖1a），為人所熟知的便是清晨的露珠如珍珠一般坐落在荷葉上，荷葉一旦隨風搖動，露珠便會隨之掉落并且不會留下液滴殘留，并且在掉落途中卷走表面的污染物，使得荷葉表面始終保持清潔與干燥。超疏水現象自1996 年被報道以來，因其表面（指水滴接觸角>150°且滾動角<10°的Cassie 狀態）具有“排斥水”的特性，在日常生活、環保、工農業生產以及在航空、航天、國防、軍工等高科技領域有著巨大的潛在應用，如冷凝傳熱[1]、抗結冰[2]、減阻[3]、防腐蝕[4]、油水分離[5]、自清潔[6]、防霜[7]等（圖1b—f）。通過在ISI Web of Science 中使用“Superhydrophobic*”為主題進行檢索，可以清楚地看到發文數量增長迅速，此領域引起了國內外科研人員的廣泛關注和爭先研究（圖1g）。

隨著微納米加工技術的深入和發展，推動著超疏水表面制備技術的層出不窮，如溶膠凝膠[8]、層層自組裝[9]、刻蝕法[10]、電化學法[11]、相分離法[12]、浸涂法[13]、模板法[14]等。遺憾的是，目前所制備的超疏水表面因其機械穩態性不佳，制約著真正意義上實現工業應用。這一挑戰的根源在于材料的超疏水性主要依賴于表面的化學成分和微米或納米級粗糙結構，使得它抵抗外界機械破壞的能力不強。一旦超疏水表面受到外部壓力磨損或沖擊后，結構塌陷和化學物質被磨掉，使其疏水性能立刻部分或全部喪失，而且不能恢復。因此，研究機械穩態性問題具有極其重要的意義，此問題的解決有望從根源上打破超疏水真正走向實用的壁壘。本文綜述了機械作用下超疏水表面的失穩機制和評價方式，以及機械高穩態超疏水表面的實現策略，并展望了該領域未來的發展方向。

圖1 超疏水表面的應用前景 Fig.1 Application prospect of superhydrophobic surface: a) self-cleaning and micro/nano structure of lotus leaves surface; b) condensation heating; c) anti-icing of power transmission lines; d) drag reduction (sharkskin swimsuit); e) anti-corrosion of metal pipeline; f) oil-water separation; g) number of articles published in superhydrophobic field in different years

1 機械作用下超疏水表面的失穩機制和穩態性評價方式

1.1 失穩機制

表面的粗糙結構和自由能是構建超疏水表面的兩個重要因素，通過減少表面自由能得到光滑表面的接觸角無法超過120°，因此超疏水性是表面粗糙性的一個效應。通常，液滴與超疏水表面粗糙結構的接觸狀態有兩種：Wenzel 狀態[15]和Cassie 狀態[16]（圖2a、b）。處于Wenzel 狀態的液滴與表面的粗糙結構完全接觸，固-液接觸面積較大容易形成釘扎，導致滾動角很大，因而表面不具備超疏水特性。而處于Cassie狀態的液滴只與表面粗糙結構的頂部接觸，極大地減小了固液接觸面積，使得液滴容易脫落表面。研究認為Wenzel 與Cassie 狀態之間的過渡存在能壘，若沒有外界能量輸入的情況下，液滴會一直處于Wenzel狀態。

圖2 液滴在粗糙表面的潤濕狀態示意圖 Fig.2 A schematic showing the wetting state of droplet on a rough surface: (a) Wenzel’s and (b) Cassie’s state

超疏水表面的穩態性依賴于液滴與固體表面維持Cassie 接觸狀態，然而Cassie 狀態容易因為外界機械作用（如磨損、沖擊、劃擦及剮蹭等）而轉換為Wenzel 狀態，導致超疏水性減弱甚至失效，稱之為“機械失穩”[17-19]。具體失穩機制可歸納為兩個方面：一方面機械作用使表面的微納粗糙結構出現彎曲、折斷或塌陷，增大了固-液界面的面積分數；另一方面表面經機械磨損使低表面能物質（如硬脂酸、氟硅烷等）被消耗，增大了表面的粘附力。

1.2 穩態性評價方式

眾多研究組在測試不同超疏水表面的穩態性時，不僅實驗測試裝置各異，而且測試條件也不相同。迄今為止，對于超疏水表面的穩態性仍然沒有統一和標準化的測試方法，主要包括如下幾種典型的測試方法。

1）線性磨損法[17,20]是檢測超疏水表面機械穩態性最常用的方法。將待測試樣的超疏水面放置在磨蝕材料（如砂紙、抹布、橡膠等）表面，在一定壓強下將樣品沿一個方向往返移動（控制接觸面積、壓力、速度、運動軌跡和方式等），檢測不同磨損程度下表面的潤濕性變化情況。

2）膠帶剝離測試法[21]是為了檢測超疏水涂層與基底的粘合強度。通過在被測試試樣表面粘貼上膠帶，再施加一定壓力確保膠帶和涂層表面完全接觸，無空氣滯留。然后，將膠帶從基底上剝離并檢查基底與表面是否發生分離，如果發生分離，可能是涂層表面的微納結構被部分或完全破壞。最后檢測試樣表面的潤濕性。

3）沖擊法[22]是為了測試超疏水表面抵抗外界碰撞和擊打的能力。將待測超疏水表面以水平或一定傾斜角度放置，一般利用固體或液體（如沙粒、鋼珠、水等）作為沖擊物，通過沖擊裝置對表面進行沖擊破壞，并檢測表面潤濕性和形貌的變化情況。

4）刀片劃擦法[23]是采用不同尖銳物體（如刀、叉、筆尖等）對所要檢測的超疏水表面進行劃擦和磨損。通過控制尖銳物體的硬度、劃擦力度以及次數，來衡量超疏水表面的機械穩態性。

2 機械高穩態超疏水表面的實現策略

根據機械作用下超疏水表面的失穩機制，目前提高超疏水表面的機械穩態性有兩種策略：一是在機械磨損下能保持超疏水表面的低表面能物質不被破壞；二是提高超疏水表面納米或微米結構的機械強度以及其與基底的附著力?；谏鲜霾呗裕芯咳藛T開發了多種方法來實現機械高穩態超疏水表面，主要包括如下三種。

2.1 自修復性超疏水表面

利用涂層分子的自修復性使得超疏水表面的低表面能物質和結構被破壞后，在加熱或光照等外界刺激下進行自我修復，這種方法能顯著地延長超疏水表面的使用壽命[24-28]。目前，自修復性超疏水表面的構筑主要有兩種途徑：一種是對表面的低表面能物質缺失的修復，另外一種是對表面的微納米復合結構損傷的修復（圖3）。

圖3 超疏水表面的自修復示意圖[19] Fig.3 Self-repair diagram of superhydrophobic surface[19]

2.1.1 對表面的低表面能物質缺失的修復

超疏水表面中的低表面能物質容易被強氧化劑、強光等分解而失去原有的超疏水性，此時可借助加熱、紫外光照射、濕度或pH 調控等方法，誘導其表面進行自我修復。例如，溫度升高使分子的運動能力增強，可促進疏水物質向表面遷移，有利于實現超疏水性的修復。郭志光等[29]在織物上接枝十八酸改性的MnO2納米粒子獲得超疏水織物，當織物表面低表面能物質遭到等離子體破壞和損傷后超疏水性喪失，而經130 ℃處理10 min 后，表面超疏水性得到恢復，由于在加熱條件下，織物表面內部未受損的疏水鏈段的活動能力增強，重新遷移到表面所致。同樣，Zhou等[30]對制備的超雙疏表面進行等離子處理后，表面超雙疏轉變為親水，當將其在70 ℃條件下放置6 h 后，表面重新恢復超雙疏性，其中超疏水性可以修復8 次和超疏油性能可以修復6 次。

除了以溫度作為修復誘因外，光照、濕度和pH也能起到類似的作用。He 等[31]利用包覆有全氟十二烷基三乙氧基硅烷（FAS12）的微膠囊制得具有紫外光響應性的自修復性超疏水涂層。當該涂層表面的疏水性FAS12 分子被破壞以后，涂層中的TiO2在紫外光照射作用下，導致微膠囊表面的聚合物被分解，使得微膠囊破裂，疏水分子遷移到表層并修復超疏水性。陳珊珊等[32]利用溶液浸漬法在棉織物上依次沉積支化聚乙烯亞胺、多磷酸胺、氟化癸基多面體倍半硅氧烷（F-POSS），制備了具有阻燃性的超疏水涂層。在經等離子體處理后，涂層表面受損傷轉化為超親水。隨后，將受損后的涂層置于相對濕度為35%的環境中4 h，其內部的F-POSS 會自發向表面遷移，補充缺失的低表面能組分，從而使損傷的超疏水性得到修復。Cong 等[33]在微膠囊的殼層中加入具有氨基基團的聚合物，并將FAS12 分子包覆其中，制備出了對紫外和pH 雙重響應的自修復性超疏水涂層。在pH為3 的溶液作用下，涂層內部的氨基基團被質子化，使得基團間相互排斥，導致微膠囊發生膨脹，從而釋放出其內部的FAS12 分子，同樣實現表面的超疏水性修復。

2.1.2 對表面的微納米復合結構損傷的修復

超疏水表面在實際使用過程中，表面的微納米復合粗糙結構在摩擦或刮擦等機械力作用下被破壞，使其喪失超疏水性。修復表面結構損傷的方法可分為如下兩類。

一類，在紫外光、加熱、溶劑誘導等條件刺激下，使損傷處的原位重新構造出微納米粗糙結構。例如，Chen 等[34]制備的氟化SiO2/TiO2/聚苯乙烯超疏水復合涂層被機械力磨平后，其表面失去了微納米復合結構，然后經紫外光照射，TiO2納米顆粒促使涂層內的聚苯乙烯分子發生分解，使氟化SiO2納米顆粒發生遷移被暴露于表層，形成新的微納米表面結構，從而恢復表面喪失的超疏水性。Tian 等[35]通過噴槍對硅酮表面進行熱處理將其分解成低聚物的硅酮，硅酮表面的低聚物在被氧化交聯后形成“硅酮煙灰”，從而獲得具有微納米復合結構的超疏水表面。當其表面的微納米結構被破壞后，通過噴槍對表面進行熱處理，磨損掉的復合結構便可重新形成和恢復其超疏水性。

另一類，在外界刺激下使表面周圍的組分向損傷的缺口處遷移，在缺口處形成新的微納米粗糙結構。這類材料需在一定的刺激條件下具有變形、膨脹、流動等性能，才能實現宏觀物質的運動或遷移。例如，Manna 等[36]利用170 ℃的熱噴槍處理聚乙烯基亞胺/聚（乙烯基-4-4 二甲基吖丙酯）復合膜，在膜表面產生褶皺而獲得超疏水性。當膜表面的微納米復合結構被針頭破壞后，再用熱噴槍對膜進行熱處理，損傷后的膜表面會再次產生褶皺形變，修復了損傷處的超疏水性。同年，Manna 等[37]在復合膜表面嫁接上疏水的癸胺分子獲得超疏水涂層。當壓力壓平涂層表面的微納米結構后，表面喪失超疏水性，然后將其浸入水中1 h 后，水滲透到損傷區域，促使損傷部位逐漸膨脹，使得涂層逐漸恢復其初始的微納米結構。不僅如此，Puretski 等[38]制備了SiO2/氟蠟（1-碘-1H,1H,2H,2H-全氟癸烷）超疏水復合涂層，當涂層表面的微納米結構被刮擦破壞后，導致超疏水性失效。由于氟蠟的熔點較低（60 ℃），在對其加熱后，氟蠟融化并帶著SiO2粒子往損傷的區域流動，冷卻之后氟蠟重新結晶，使得SiO2粒子重新排布，表面恢復超疏水性（圖4）。

圖4 全氟蠟狀物/膠體粒子超疏水復合表面的自修復過程[38] Fig.4 Self-repairing process of perfluorinated wax/colloid superhydrophobic composite surface[38]

2.2 微觀復合結構超疏水表面

如果超疏水表面能夠抵御機械損壞，則無需通過上述自修復法來維持表面的超疏水性。傳統方法構筑超疏水表面的粗糙結構（微納米或納米或微米尺度）相對比較脆弱，在極端環境中，表面的微觀粗糙結構非常容易遭到各種機械外力的破壞，甚至輕微的機械磨損和物理接觸也會對脆弱的納米結構造成損傷或脫落，從而嚴重阻礙超疏水表面的應用推廣[39-43]。近年來，研究發現利用微觀復合結構作用可提高超疏水表面的機械穩態性，主要分為兩種：一種是構筑大尺度-微米/小尺度-納米的雙尺度粗糙結構表面，通常同一種材質大尺度微米結構機械性能優于小尺度納米結構（表面粗糙結構可以理解為缺陷，也就是說表面越粗糙，比表面積越大，相應表面的缺陷越大，使得力學性能越差）；另一種是構筑全疏單級（或多級）尺度的粗糙結構表面。

2.2.1 大尺度-微米/小尺度-納米的雙尺度粗糙結構表面

在超疏水表面的粗糙結構中，納米結構是能保持表面超疏水性的主要原因。Verho 等[44]提出，對于只 存在單一的納米或微米結構的超疏水表面，其機械性能主要取決于納米或微米材料本身的力學性能，一旦表面納米結構被磨損破壞后，Cassie 狀態轉變為Wenzel 狀態，從而喪失超疏水性（圖5a）。一般情況下多數納米結構比微米結構更脆弱，因此當小尺度-納米結構和大尺度-微米結構復合所形成雙尺度的粗糙結構表面被磨損時，犧牲微米結構來保護脆弱的納米結構圖案，使Cassie 狀態仍保持穩定（圖5b）。眾多科研人員選擇耐磨損材質（如織物、多孔材料等）作為大尺度-微米結構作為阻擋層或犧牲層（通常是親水介質），能有效地抵抗外界機械作用的破壞。例如，孫俊奇等[45]選用高機械強度的大尺度結構棉織物作為機械損傷犧牲層，通過浸涂法將支化聚（亞乙基亞胺）/聚磷酸銨復合物附著在棉織物表面，較大地提升了超疏水材料的機械穩態性。同樣，劉常升等[46]利用電沉積所構造的微米粗糙結構作模板，將低表面能納米顆粒附著在表面的微米結構上，獲得機械更穩定的超疏水復合表面，該表面經過手指用力擦拭、刀片劃擦、砂粒撞擊、50 次砂紙線性磨損后，仍能保持較好的超疏水性。但這些表面遭到反復的強磨損時，其結構容易發生彎曲或歐拉失穩，難以保持表面 持久的超疏水性（圖5c）。

圖5 機械磨損對雙尺度粗糙結構表面的影響 Fig.5 Effect of mechanical abrasion on the surface of two-scale rough structure: a,b) the effect of wear on surfaces with topography in one and two length scales[44]; c) SEM image of nanoparticles attached to micro-structure surfaces[46]; d) schematic showing the anti-abrasion mechanism of he armoured superhydrophobic surface and SEM image of silica fractal nanostructures housed within the silicon microstructure frame after abrasion[47]; e) schematics showing that the microskeleton-nanofiller composite film is unaffected by abrasion and impact (upper), and SEM image of porous iron, roughened porous iron, microskeleton-nanofiller composite film’s surface[48] (down)

最近科研人員進一步研究發現，利用小尺度-納米超疏水介質完全填充大尺度-微米基體獲得機械超穩態超疏水材料。例如，鄧旭團隊[47]通過去耦合機制將超疏水性和機械穩態性拆分至兩種不同的結構尺度，提出微結構“鎧甲”保護超疏水納米材料免遭摩擦磨損的新概念（圖5d）。在硅片上利用光刻蝕出連續的微米級的倒金字塔型的凹槽，凹槽內分布有納米結構，該納米結構的“鎧甲”大大提高了超疏水表面的機械穩態性。并且該研究在集成高強度機械穩定性、耐化學腐蝕和熱降解、抗高速射流沖擊和抗冷凝失效等綜合性能的同時，還實現了玻璃鎧甲化表面的高透光率，為該表面應用于自清潔車用玻璃、太陽能電池蓋板、建筑玻璃幕墻創造了必要條件。

與此同時，鄭泉水等[48]提出了一種提高超疏水表面結構穩健性的革命性策略（圖5e），利用超疏液漿料填充商業多孔材料（泡沫金屬、泡沫陶瓷、泡沫塑料等）獲得了超級耐磨的超疏水材料，在經過2500次砂紙線性磨損、Taber 磨損、固體沖擊、刀片劃擦及膠帶剝離后，仍然保持較好的超疏水性，耐磨性比已有報道的文獻有大幅度的提高，為今后超疏水材料在惡劣環境下大規模應用提供了可能。另外，通過對理論模型計算發現制備理想耐磨的超疏水表面需要優化納米顆粒與金屬骨架的面積分數，這兩組分材料在提高超疏水性和機械性能（耐磨性、強度和柔韌性）方面起著重要的作用。更高納米顆粒填料的本征接觸角可以提供更好的超疏水性，減少多孔骨架的面積分 數和特征尺寸，可以增大機械磨損后膜表面的接觸角。

2.2.2 全疏單級（或分級）尺度粗糙結構表面

以上所述制備機械穩態性超疏水表面都是選用的親水材質，然而這類表面的粗糙結構在遭受磨損破壞后，親水性的材質會暴露出來，使得材料表面的疏水性迅速下降，較小的液滴容易釘扎在損傷處（圖6a）。為了解決此問題，眾多學者利用本征疏水性材質直接構造單級或分級尺度的超疏水表面（圖6b）。例如，Xu 等[49]通過疊層方法制備出具有優異耐磨性的超疏水聚合物表面，其表面由3D 有序微孔陣列的聚乙烯組成，無需任何表面改性，即可顯示出超疏水性（接觸角達到160°和滾動角小于5°）。此表面經過反復的線性摩擦循環、超聲振動以及工業清潔性的洗滌后，而未見明顯損傷，依舊保持優異的超疏水性。Davis 等[50]在進行機械攪拌的同時，將水滴逐滴加入未交聯的聚二甲基硅氧烷（PDMS）和固化劑中，形成含水聚合物乳液。該乳液經預固化和固化兩個過程后，水分從乳液中被去除，形成具有孔洞結構的硅氧烷單體，制得超疏水塊體材料。該塊體材料能承受刀片劃擦、膠帶反復剝離和手指按壓，并且用240 目砂紙對材料表面多次磨損后，孔洞仍然保持完整，微納米結構幾乎不受損傷，仍可保持超疏水性。Zhang等[51]通過疏水性的聚丙烯、TiO2納米棒、SiO2納米顆粒和PDMS 混合物制得耐磨損超疏水復合材料，并且在材料的磨損面和橫斷面都具有超疏水性，低表面能的微納結構始終貫穿整個超疏水材料，因此材料在完全磨掉之前都可以保持良好的超疏水性（圖6c）。

圖6 機械磨損對全疏粗糙結構表面的影響 Fig.6 Effect of mechanical abrasion on the surface of full hydrophobic structure: a,b) wear on superhydrophobic surfaces of hydrophilic and hydrophobic materials, c) the bulk materials can still sustain the superhydrophobicity after mechanical abrasion

2.3 多組分協同增強超疏水表面

超疏水涂層表面不僅能大面積制備而且不受基底限制，可以用于各種行業，具有更廣闊的應用前景，但是涂層非常容易被機械破壞而脫落。大部分超疏水涂層被損傷后，只能靠再次向基底噴涂以再生疏水層，從而維持表面的超疏水性。近年來，許多學者發現利用多組分涂層（全有機[52]、全無機[53]或有機/無機介質[54]）間的協同增強作用以提高超疏水表面的機械穩態性，主要基于以下兩個準則：第一，通過化學鍵（共價鍵）作用提高涂層組分間的內聚力以及涂層與基底間的結合力；第二，利用范德華力（粘附或物理吸附）作用提高涂層與基底的結合力。

2.3.1 改善超疏水涂層的固有強度（化學鍵或范德華力作用）

涂層分子中化學鍵或范德華力作用對改善超疏水涂層固有強度，提高機械穩態性有重要的作用。研究發現，聚合物介質的存在能將微納米顆粒有效地粘接在一起，有助于提高微納米顆粒與基底表面的附著力。例如，Peng 等[55]利用聚四氟乙烯、氟化環氧樹脂及全氟聚醚間的協同增強作用，制備了全有機超疏水復合涂層，該涂層在循環膠帶剝離和Taber 磨損下表現出強大的機械穩態性，可持續暴露于高腐蝕性介質（即王水和氫氧化鈉溶液）中。另外，該涂層具有優異的機械韌性，使其能承受高速的水流沖擊（沖擊速度高達35 m/s），并通過噴涂或刷涂可應用于各種基底表面。Wang 等[56]使用氟乙烯樹脂作為基體，全氟硅烷修飾的SiO2納米粒子作為填料，在基底表面構筑了超疏水涂層。然后，將基底上的超疏水涂層進行脫模處理即形成超疏水薄膜材料，其表面至少能抵御70 次線性磨損循環的破壞。

另外，由于纖維單元有較大的長徑比，將其參雜到超疏水涂層中，纖維之間相互纏繞和咬合，在范德華力作用下使填料更難以從基體材料中分離脫落，使得超疏水涂層保持較好的機械穩態性。例如，Jung等[57]利用環氧樹脂在硅表面復制微結構，然后通過噴霧方法將碳納米管復合物均勻沉積在硅表面的微結構上，形成超疏水復合表面。由于碳納米管復合結構對微結構有很強的結合力，從而使表面顯示出很高的機械強度和耐磨性。Baidya 等[58]利用氟化的納米纖維（寬5～20 nm，長500 nm）、3-(2-氨基乙基)丙基三甲氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷，在水介質中充分復合組裝形成超疏水涂層。此涂層表面具有優異的機械穩態性，在承受多種苛刻的機械損傷測試（如刀片劃擦、砂紙磨損、膠帶剝離等）后，超疏水性不失效。

選用機械強度高、粘結性好的聚合物作涂層組分，既可以增強涂層固有強度，又可以提高與基底之間的結合力。例如，Milionis 等[59]通過丙烯腈丁二烯苯乙烯橡膠樹脂和疏水SiO2納米粒子復合制得超疏水納米涂層，其表面在20.5 kPa 壓力下磨損1700 次后，表面的微納米粗糙結構幾乎完好無損，仍顯示出良好的超疏水性。Wang 等[60]利用粉末混合和熱壓法制備了聚四氟乙烯/聚偏二氟乙烯復合涂層，發現添加聚四氟乙烯顆粒后，涂層的耐磨損性能有顯著提升。Zhu 等[61]利用噴涂法制備了聚苯硫醚/聚四氟乙烯超疏水復合涂層，同樣發現聚四氟乙烯的摻雜不僅可以顯著降低復合涂層的粘附性，還可大幅度提高其機械耐磨性。

2.3.2 提高超疏水涂層的結合強度（范德華力作用）

適當的粘合劑通過范德華力作用可有效地粘附納米或微米粗糙結構，特別是對易碎的納米結構提供單級保護，從而增強超疏水涂層的機械穩態性。例如，陸遙等[62]采用“超疏水介質+粘合劑”的方式，用粘合劑作涂層和基底間的粘接層，創造性地將具有微納米結構的超疏水涂料均勻涂覆在已粘貼雙面膠的基底表面，形成類似三明治結構，即超疏水涂層-雙面膠-基底。該涂層表面可以抵抗手指擦拭、刀刮和多次砂紙磨損，表現出優異的機械穩態性。受此方式啟發，Shao 等[63]用PDMS 作粘結層涂覆到聚氯代對二甲苯薄膜表面，經80 ℃預固化后，用PDMS/SiO2納米粒子涂覆其上，然后加熱固化制得超疏水涂層。該涂層在經3M 膠帶多次剝離和4000 次磨損中均表現了優異的機械穩態性。同樣，Xi 等[64]利用PDMS作粘結層，以棕櫚酸鎂為疏水的粗糙粒子，在玻璃等多種基底表面制備了具有優異機械穩態性的超疏水涂層。Wang 等[65]先在基底上噴涂一層碳氫樹脂作為粘結層（底漆），然后在底漆上噴涂疏水性納米SiO2粒子，經交聯固化制備了具有良好耐磨性的超疏水涂層。

3 結語與展望

超疏水表面應用前景巨大，但是其脆弱的結構很容易在機械作用下遭受破壞，導致期望的Cassie 潤濕狀態變為Wenzel 潤濕狀態，從而喪失超疏水特異功能。目前，雖然在改善超疏水表面的機械穩態性上發展了許多新穎的方法，但這一問題一直沒有根本解決，仍處于實驗室階段，不能真正實現大規模的工業化應用。主要原因在于：自修復性超疏水表面中成膜物質和修復性緩蝕劑一旦耗盡，難以長效自我修復；微觀復合結構超疏水表面很難抵御巨大機械外力的作用，表層的微納米粗糙結構因應力集中易被損壞，或表層的疏水性物質受機械力易脫落；多組分協同增強超疏水表面中，膠粘劑的粘附性能通常非常有限，很難同時兼顧超疏水性和機械穩態性。另外，超疏水表面在惡劣環境下的失穩機制還不夠完善，并且對表面機械性能的評價也尚未有全面通用標準。

因此，超疏水表面要真正走向工業化應用，未來之路仍舊任重而道遠，該領域的工作可聚焦于以下幾個方面：（1）發展新制備技術的同時加強理論研究，通過理論驗證實驗演變為理論預測實驗，為開發高機械穩態超疏水表面提供技術支持；（2）開發環境友好型超疏水表面改性劑，取代當前大量使用的含氟低表面能物質；（3）發展一種光滑超疏水表面（本征接觸角大于150°和滾動角小于10°），可理解為無結構超疏水表面，如果這一想法能夠實現，不僅有望從根本上解決機械穩態性問題，而且狀態穩定性（如冷凝、結冰）問題也將徹底被解決。