自修復型超疏水表面的研究進展*

楊 宏，鮑 艷

(1. 陜西科技大學 輕工科學與工程學院，西安，710021；2. 陜西科技大學 輕化工程國家級實驗教學示范中心，西安 710021)

0 引言

超疏水現象普遍存在于自然界中，比如 “出淤泥而不染”的荷葉、多彩的蝴蝶翅膀等，水滴在其表面均呈現球狀滾動狀態。通常，超疏水表面是指水接觸角大于150° 且滾動角小于10° 的表面。單獨使用低表面能物質修飾光滑物體表面可使水接觸角最大達到120°[1]。低表面能物質及表面粗糙結構的協同作用，則可賦予表面超疏水性能。超疏水表面優異的自清潔、防覆冰、防腐蝕、防霧等功能促進了其在實際生活中的應用[2-9]，但超疏水表面易受到刮擦、磨損等外界損傷作用，造成低表面能物質的損失或表面微納粗糙結構的破壞，導致表面超疏水性能喪失，使用性能下降。針對這一問題，賦予超疏水表面自修復性能是行之有效的措施，它能夠及時修復損傷對表面組分或結構造成的破壞，進而恢復超疏水性能，延長使用壽命。基于此，本文在查閱大量文獻的基礎上，以構筑超疏水表面的兩個必要條件即低表面能物質和表面粗糙結構為切入點，從低表面能自修復、表面粗糙結構自修復、低表面能物質與表面粗糙結構同步自修三個方面綜述了自修復型超疏水表面的研究進展，并對自修復型超疏水表面的應用進行了總結，同時對自修復型超疏水表面今后的發展趨勢進行了展望，以期為自修復型超疏水表面的發展及相關研究者提供借鑒和理論指導。

1 自修復型超疏水表面的修復方式

按照修復成分的不同，自修復型超疏水表面的修復方式可分為3類：一是低表面能物質的修復，二是表面粗糙結構的修復，三是低表面能物質與表面粗糙結構的同步修復。

1.1 低表面能物質的修復

低表面能物質是構筑超疏水表面的必要條件之一，常見的低表面能物質有長鏈烷烴及其脂肪醇/酸、氟硅烷、硅氧烷等。低表面能物質的修復通常歸因于自由能驅動下的低表面能物質的遷移。其中，溫度、濕度、光照等條件是低表面能物質遷移的主要影響因素。根據誘導修復過程是否需要人為干預，低表面能物質的修復可分為自發自修復型及干預誘導自修復型兩種方式。

1.1.1 自發自修復型

自發自修復型超疏水表面是指不在任何外界刺激或人為因素影響下，自發地修復受損的低表面能物質。濕度變化常常是產生低表面能物質自發自修復的主要誘因。受到疏水性聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)能夠逐漸恢復O2等離子體刻蝕導致的表面損傷的啟發[10,11]，Li等[12]采用層層自組裝技術將聚烯丙基銨鹽-磺化聚醚醚酮(PAH-SPEEK)與聚丙烯酸(PAA)構筑成多層膜結構，然后利用化學氣相沉積技術將全氟辛基三乙氧基硅烷(POTS)負載到多層膜結構中，構建了具有自修復性能的超疏水膜結構。當膜表面受到損壞喪失超疏水性能時，膜內部的POTS傾向于與非極性的空氣接觸自發遷移到膜表面的受損區域，恢復表面超疏水性能，其表面自修復機理如圖1所示。同時，研究發現適當的環境濕度可增加POTS的運動能力，加速其遷移至表面。為了進一步提升涂層的自修復效率，該團隊在上述研究基礎上結合低表面能物質全氟辛烷磺酸鋰鹽(PFOS)，又制備了PFOS/POTS-(PAA/PAH-SPEEK)*80雙愈合型超疏水涂層[13]。Wang等[14]則構筑了一種獨特的聚二甲基硅氧烷/正十九烷自修復型超疏水表面，在受到嚴重等離子刻蝕損傷后，室溫條件下僅需20 min即可恢復超疏水性能。其表面的快速自愈合能力主要歸因于正十九烷相對較低的熔點(32 ℃)和聚二甲基硅氧烷分子鏈的高遷移率，二者的協同作用實現了涂層的快速修復。

圖1 濕度誘導POTS自修復涂層的修復機理[12]

為了實現對低表面能物質的可控釋放，在涂層中引入微膠囊也是常見的手段。Huang等[15]通過原位聚合法合成了以脲醛樹脂為壁材、POTS為芯材的微膠囊，然后將微膠囊與環氧樹脂共混后涂覆在鋼材上，制備了具有修復性能的超疏水防腐涂層。當涂層受損時，微膠囊破裂釋放出低表面能物質POTS，在低濕度條件下POTS向表面遷移恢復超疏水性能，同時與水反應形成新的氟硅聚合物層，進一步阻止水汽滲透對鋼材的腐蝕。POTS水解修復受損涂層的機理如圖2所示。

圖2 POTS水解修復受損涂層的機理[15]

自發自修復型超疏水表面的修復性能如表1所示，自發自修復型超疏水表面的修復過程不需要外加條件，簡化了修復策略，但由于其在常溫或濕度誘導下進行自修復，除了自由能外沒有其他誘因來加速低表面能物質的遷移，因此修復效率較低，所需要的修復時間較長。另外，該類超疏水表面的耐磨性能較差也是限制其發展的重要原因。

表1 自發自修復型超疏水表面的修復性能比較

1.1.2 干預誘導自修復型

干預誘導自修復型超疏水表面是指在外界刺激或能量輸入情況下，修復劑分子發生由內而外地遷移，從而完成修復過程。溫度是干預誘導低表面能物質遷移的主要手段之一。Jia等[21]通過在木材基板上組裝BiOCl和疏水全氟鋅基三氯硅烷(PFOTS)層，制備了一種具有光催化活性的自修復型超疏水表面(如圖3a所示)。由于木質纖維素本身的熱響應機制，升高溫度，纖維可夾帶低表面能物質PFOTS遷移至損傷區域，恢復其表面結構及超疏水性能(如圖3b所示)。Long等[22]以鹽酸刻蝕鋁板為基材，表面旋涂以環己烷為溶劑的PDMS，制備了熱誘導自修復型超疏水表面。當表面受損失去超疏水性能時，在350 ℃下煅燒10 min即可恢復。然而，上述研究中均存在有機溶劑的使用，為了減少有機溶劑，使超疏水表面的構筑過程更加環保，對水性涂層體系進行探索已引起關注。Zhou等[23]將疏液性聚四氟乙烯納米粒子(PTFE)、氟碳表面活性劑(DuPont Zonyl321)和氟化烷基硅烷(FAS)分散在水中制備水性涂層體系，然后用于織物、海綿、木材、玻璃、金屬等底物的超雙疏處理，使其表面具有超疏水性能。研究發現，當表面受損后，在130 ℃下加熱10 min即可恢復表面超疏水性能。Zhao等[24]在此基礎上采用聚偏氟乙烯(PVDF)乳液粒子取代PTFE，賦予了超疏水涂層更加良好的防紫外性能。當涂層受損時，升高溫度可加速FAS向表面的遷移，恢復涂層超疏水性能。這些研究為環保型超疏水表面的構筑提供了可行的思路，并拓寬了超疏水表面的潛在應用領域。溫度誘導自修復型超疏水表面的修復性能如表2所示。與自發自修復型超疏水表面的修復性能(見表1所示)相比，溫度誘導自修復型超疏水表面的修復效率相對更高，修復時間相對較短。升高溫度，可加快低表面能物質的遷移速率，加快表面超疏水性能的恢復。溫度誘導機制雖然方法簡單、易操作，但高溫帶來的能量消耗以及無規熱損傷是制約該方法發展的主要問題。

圖3 (a)木材表面自修復超疏水涂層的構建原理及(b)溫度誘導下的自修復機理[21]

表2 溫度誘導自修復型超疏水表面的修復性能比較

除溫度外，光照也可誘導低表面能物質的遷移，其中紫外和紅外是最常被用于超疏水表面修復的光源。Li等[29]構建了紫外-近紅外雙響應自修復型超疏水涂層，如圖4所示，首先將低表面能物質FAS-13包裹在帶正電的微膠囊中，然后利用靜電吸附作用將TiO2粒子吸附在膠囊表面，并與疏水SiO2納米粒子以及碳納米粒子均勻分散在水溶性樹脂中，最后刮涂在基底表面干燥形成超疏水涂層。當涂層被破壞時，通過UV照射分解TiO2以及近紅外照射升溫使膠囊溶化的雙重作用，釋放出FAS-13，恢復損傷表面的低表面能性質，從而恢復涂層的超疏水性質。由于紫外和紅外這些特殊光源不具有普遍適用性，因此，采用自然光誘導修復超疏水表面是研究者比較期待看到的一項工作。Zhang等[30]以硬脂胺(ODA)、聚多巴胺(PDA)為原料，構造了ODA@PDA核殼結構并分散在水溶液中，使用浸漬法賦予了纖維織物表面超疏水性能。利用PDA的光熱效應，在自然光照射下，ODA加速遷移至表面，使損傷后的織物恢復超疏水性能。光照作為誘導手段具有清潔、簡便的優點，但修復效率有待提高。

圖4 光響應自修復型超疏水涂層的制備機理[29]

溶劑誘導自修復也是誘導低表面能物質遷移的一種常見方法。Liu等[31]以PDMS為模板復制鯊魚皮膚表面結構，通過2-全氟甲基丙烯酸乙酯(FMA)在PDMS表面進行原位原子轉移自由基聚合(SI-ATRP)得到特殊的聚合物刷(PFMA)結構，制備了具有溶劑誘導自修復性能的仿生超疏水PDMS膜，其制備過程如圖5所示。由于PFMA在二甲基甲酰胺(DMF)中有較好的分散性能，當表面受到損傷后，將其浸沒在DMF溶液中，烘干后表面超疏水性能即可恢復。Xu等[32]采用可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合制備了甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸三氟乙酯的雙嵌段聚合物，然后采用丙酮溶液霧化法將雙嵌段聚合物噴涂在棉織物表面，構建了自修復型超疏水表面。該表面可實現接近100%的油水分離效率，經2000次磨損循環或60次水洗循環后其仍可在四氯乙烯處理下恢復超疏水性能。溶劑誘導自修復對油溶性低表面能物質的恢復起到了推動作用，但有機溶劑使用帶來的環境污染問題限制了其進一步的發展。

圖5 仿生PDMS 表面的制備原理示意圖[31]

機械誘導自修復是最新發展起來的一種低表面能物質自修復方式。Liu等[33]采用紫外共價交聯乙烯基三乙氧基硅烷和二氧化硅顆粒，制備了一種具有低表面能交聯分層結構的三維連續超疏水涂層。該涂層自然狀態下的水接觸角為164°，滑動角小于4°。當表面喪失超疏水性能時，通過機械磨損，如刮擦、沙磨等方式可恢復其超疏水性能。機械誘導自修復的存在為耐久性要求較高的超疏水表面提供了新的設計思路，但該方法也并不完美，其超疏水性能的恢復是以犧牲涂層的厚度為代價的，因此為了達到一定的耐久性，常需將涂層的厚度設計的比較大。

1.2 表面粗糙結構的修復

粗糙結構是構建超疏水表面的另一必要條件。通常，超疏水表面的粗燥結構易于在摩擦、磨損、洗滌等外界作用力下被破壞，從而影響其超疏水耐久性。為了修復受損的表面粗糙結構，一般可通過物質的運動遷移以及結構的重新生成兩種方式來實現。

1.2.1 物質的運動遷移

依靠物質的運動遷移來修復表面粗糙結構需要構筑超疏水表面的材料在一定條件下具備宏觀移動能力。最常見的方法是使用低熔點材料來構建超疏水表面，其原理為：當超疏水表面被損壞時，升高溫度便可使低熔點材料流動并填補損壞區域，降溫冷卻后該類材料凝固即可恢復原來的超疏水性。常用的低熔點材料有各類蠟、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚己內酯等[34-37]。Puretskiy等[38]在高溫條件下將疏水全氟化蠟和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)改性二氧化硅粒子混合，冷卻凝固后得到蠟質自修復型超疏水表面，其自修復機理如圖6 所示，當材料表面受到機械磨損時，升高溫度，低熔點的全氟化蠟熔化，其內部的二氧化硅粒子隨著熔化的全氟化蠟發生流動并在涂層中重新分布，同時升高溫度也有利于APS改性二氧化硅粒子向涂層表面遷移，冷卻后涂層表面即可恢復最初的超疏水狀態。依靠物質的運動遷移來修復表面粗糙結構具有方法簡單、易操作等優點，但是可使用的低熔點材料種類有限，且低熔點材料難以滿足所有基材對涂層性能的需求，因此適用范圍較窄。

圖6 蠟質超疏水表面的自修復機理圖[38]

1.2.2 結構的重新生成

與依靠物質的運動遷移來修復表面粗糙結構不同，結構的重新生成是指在原來受損的表面重新構造粗糙結構，從而實現超疏水性能的修復。Hones等[39]受蛇、蜥蜴等蛻皮現象的啟發，采用模板法構造了上層為全氟癸基丙烯酸酯(PFA)、中層為水溶性聚-N-乙烯基吡咯烷酮(PVP)、底層為硅納米草結構的層級超疏水結構，其修復機理如圖7所示。當頂層超疏水的PFA層受到損傷后，水滲透進入中層使PVP溶解，溶解的PVP層帶著受損的PFA層一起蛻去，露出底層硅納米草結構繼續發揮超疏水作用。這類修復體系最大的特點在于外表面被破壞后產生的內表面是一個完整的新結構，不同于其他自修復體系是在原有被損壞區域進行修復，因此超疏水性能非常優異。但該類修復體系存在層與層間結合力不強、容易被剝離的缺點，且其可修復次數受到表面層數的限制。

圖7 表層脫落型自修復超疏水涂層的自修復機理示意圖[39]

利用形狀記憶高分子的形狀記憶效應來恢復涂層原有的粗糙結構也是一種行之有效的方法。Lv等[40]以環氧樹脂、n-辛胺和間二甲苯二胺為原料制備了熱響應型形狀記憶高分子，然后通過模板法構筑了類荷葉結構的自修復型超疏水表面，其修復機理如圖8所示。研究發現當超疏水表面的粗糙結構在外力作用下發生坍塌后，其疏水性能明顯下降。但將其加熱到玻璃化轉變溫度以上時，非極性基團加速向空氣界面遷移，有利于涂層表面組分的恢復。同時，由于該環氧樹脂的熱致形狀記憶效應，使涂層恢復了原本的粗糙結構，兩方面作用共同實現了表面微納粗糙結構的修復以及超疏水性能的恢復。在此基礎上，Qian等[41]以復制荷葉形貌結構的PDMS為模板，使用包含緩蝕劑苯并三唑的環氧樹脂基形狀記憶高分子制備了響應型自修復超疏水涂層。通過正癸胺代替常用的二胺交聯劑降低環氧樹脂基形狀記憶高分子的交聯密度，從而降低其玻璃化轉變溫度，使受損涂層在60 ℃下處理20 min便可利用環氧樹脂的熱響應形狀記憶效應修復受損的柱狀突起，恢復超疏水性能。利用聚合物本身的形狀記憶特性，在不添加其他物質的情況下，實現超疏水表面粗糙結構的自修復是一條較好的途徑，但該方法對聚合物的選擇較為苛刻，目前仍以環氧樹脂的研究居多。

圖8 形狀記憶高分子實現超疏水表面粗糙結構自修復的過程示意圖[40]

除采用形狀記憶高分子實現超疏水表面粗糙結構的自修復外，還可利用其他外界因素如水、光照等刺激粗糙結構的修復。Manna等[42]制備了以聚乙烯亞胺/聚(乙烯基-4,4-二甲基吖內酯)為主要結構的多分子層超疏水表面，當該表面的微納粗糙結構遭到破壞時，將其浸漬在水中，便可誘導受損區域發生溶脹，1 h后涂層的厚度和形貌完全恢復。當將該表面浸漬在pH=3的緩沖溶液中時，由于聚乙烯亞胺組分中的胺基發生質子化，涂層溶脹速率加快，自修復過程加快，1 min便可恢復超疏水性。Bai等[43]在基材表面首先噴涂聚酰胺固化的環氧樹脂，然后噴涂聚甲基丙烯酸甲酯、硬脂酸鋅和硬脂酸的混合物，成功制備了自修復型超疏水表面。當表面粗糙結構被酸雨破壞后，在去離子水中浸泡30 min，水滲入損傷結構導致聚甲基丙烯酸甲酯發生膨脹，80 ℃干燥后粗糙結構即可恢復，如圖9所示。利用聚合物的溶脹性能來實現超疏水表面的自修復具有能耗低、環境友好且工藝簡單的優點，但恢復損傷的程度局限于表面粗糙結構的形變恢復，對嚴重損傷的恢復作用不明顯。

圖9 水誘導超疏水表面粗糙結構的自修復機理[43]

1.3 低表面能物質及表面粗糙結構的同步修復

專注于僅修復低表面能物質或表面粗糙結構來恢復超疏水性能的研究已有大量報道[44-48]，但由于損傷過程往往并非只是單一損傷到低表面能物質或表面粗糙結構，而是兩者的損傷同步發生，因此通過單一修復低表面能物質或表面粗糙結構的方法來實現超疏水性能的自修復效果有限。為了使自修復策略更加多樣化、自修復效果更加優異，同步實現低表面能物質和表面粗糙結構的修復可謂是一種較好的策略。Dikic等[49]在具有一定流動性的聚合物網絡結構中共價交聯具有全氟烷基懸垂鏈的聚合物，制備了一種自修復型超疏水表面，當表面受到損傷時，全氟烷基懸垂鏈向空氣界面遷移，一方面恢復低表面能物質，另一方面恢復粗糙結構。在此基礎上，Esteves等[50]將全氟封端的低表面能分子接枝到聚合物鏈上，然后將兩種不同尺寸的二氧化硅納米粒子均勻分散在羥基封端的聚己內酯中，最后將聚合物體系交聯，制備了具有自修復能力的超疏水涂層，其結構如圖10所示。當涂層被磨損后，一方面內部的低表面能分子會自發遷移到涂層表面，補充表面損失的低表面能物質；另一方面磨損過程中暴露出的新表面，具有與原表面相同的化學組成和微結構，因此滿足了低表面能物質及表面粗糙結構的同步雙重修復。

圖10 低表面能物質及表面粗糙結構同步修復型超疏水涂層的結構示意圖[50]

在超分子間形成氫鍵、動態配位鍵及動態共價鍵等也是實現超疏水涂層低表面能物質和表面粗糙結構同步修復的主要手段。Yi等[51]通過雙交聯超分子聚硅氧烷與金屬離子制備了一種具有可調節力學和功能的超分子涂層材料，這種超分子涂層除了在防護方面具有廣闊的應用前景，在抗菌、生物醫學等領域也具有很好的應用。受此啟發，Cao等[52]利用超分子PDMS基底與Zn2+的復合物、SiO2納米粒子構筑了自修復型超 疏水涂層，升高溫度可使低表面能超分子PDMS的遷移率增加，同時還可加速氫鍵及動態金屬配位鍵的形成，從而實現低表面能物質和表面粗糙結構的同步修復，其修復機理如圖11所示。涂層經磨損后，在100 ℃下30 min即可恢復原有超疏水性能。

圖11 依靠動態鍵實現超疏水涂層自修復的機理圖[52]

同步修復低表面物質和表面粗糙結構的自修復型超疏水表面的研究目前仍然較少，主要在于要同步實現兩個條件的修復往往難以發生，因為若要滿足低表面能物質的遷移，涂層中的成膜組分則需要偏軟，這樣涂層便不具備良好的耐磨性能以及重塑粗糙表面的能力；若要重塑粗糙表面，則需要采用具有較高交聯密度的硬性成膜物質，這樣又限制了低表面能物質的遷移能力。

綜上所述，自修復型超疏水表面的實現方式有很多不同的途徑，但各種方法均具有其優缺點，且適用范圍不同，具體見表3所示。因此，在設計自修復型超疏水表面的實現方式時，應綜合考慮其優缺點及適用性，從而選擇出最適宜的實現途徑。

表3 自修復型超疏水表面的修復方式比較

2 自修復型超疏水表面的應用

2.1 在油水分離中的應用

油水分離一直是近年來研究的熱點，超疏水表面用于油水分離的研究已有很多報道，且大都具有良好的油水分離效率，但現有用于油水分離的超疏水表面存在制備成本高，耐久性不足等問題。為解決此類問題，以滿足實際應用需求，Zhao等[53]制備了蒎烯改性含氫硅油型自修復超疏水涂層，其水接觸角達到170°，滑動角接近0°。由于其分子鏈段活動性強，在室溫下即可實現刮擦損傷區域的自愈合，且其在玻璃、不銹鋼等基材上具有普遍適用性。同時，硅油、二氯甲烷、乙酸乙酯等溶劑在其表面的接觸角均<30°，驗證了其在油水分離領域的適用性。Dong等[54]先以聚多巴胺涂覆織物，然后利用硬脂酸乳液修飾織物，制備了自修復型超疏水織物。研究表明，當涂層受損時，聚多巴胺的光熱效應使硬脂酸在太陽光的照射下向織物表面遷移，從而恢復超疏水性能，該超疏水織物用于分離油水混合物效果優異，且其制備方法簡便，適合于大規模生產。

2.2 在防覆冰中的應用

表面覆冰現象會對設備產生不利影響，如通信電纜等電力、通信設備的覆冰，易引起電力及信號傳輸不穩定，甚至大面積倒塌損毀，從而帶來巨大的安全隱患。傳統的物理、化學除冰方式存在能耗大、效率低、污染重等不利因素，超疏水表面由于具有極強的水滴滾動性，因此在結冰時可有效減少覆冰量，且可降低冰雪對基底的附著力，延緩結冰時間，因此是一種很好的防覆冰方法。Multanen V.等[55]以熔融二氧化鈦為底層、聚丙烯酰胺水凝膠和二氧化硅納米粒子為中層、氟硅烷為上層在玻璃表面構筑了自修復型超疏水涂層。該涂層可利用水凝膠的濕度誘導作用實現涂層損傷區域的自修復，且可在-60 ℃下具備防冰性能。Li等[56]設計了一種以十六烷基聚硅氧烷改性SiO2為主體的無氟水性聚氨酯自修復型超疏水涂層。該涂層具有高的機械強度及耐久性，且能夠通過升溫加速十六烷基聚硅氧烷的遷移恢復其表面超疏水性能，在室外環境(-15 ℃，相對濕度54%)下，涂層具有良好的靜態和動態抗結冰性能，在防覆冰領域展現出巨大的應用潛力。

2.3 在防腐蝕中的應用

金屬防腐是當今社會關注的重點方向，涂層防護是金屬防腐中最常用的一種方法。在金屬上涂覆或構造超疏水表面，可以減少腐蝕性液體與金屬的接觸，隔絕水分和霉菌，起到良好的防護作用。Zhao等[57]在鎂鋁合金表面涂覆一層自修復環氧樹脂，然后再覆蓋一層全氟癸基聚硅氧烷改性二氧化硅，制備了自修復型超疏水涂層。當表面受到損傷時，升高溫度可使環氧樹脂層自修復，并帶動改性二氧化硅層形成新的粗糙表面，恢復超疏水性能，進而保護鎂合金，防止水汽與之接觸發生腐蝕。Yang等[58]將聚偏氟乙烯基體與納米SiO2顆粒、2-巰基苯并噻唑負載的高聚物、埃洛石納米管混合，制備了一種具有優異自清潔性、高拒液性、且可抵抗腐蝕性離子滲透的自修復型超疏水涂層。Yin等[59]制備了一種十四酸修飾的Ni3S2自修復型超疏水涂層，用于304鋼材的保護，發現當涂層受到5次等離子體刻蝕循環后，經90 ℃加熱1h，仍可保持良好的超疏水性能。

2.4 在其他方面的應用

除上述應用外，自修復型超疏水表面在其他領域如化學防護、減阻等方面也具有廣闊的應用空間。Tasixiang等[60]以環氧樹脂為基底、聚四氟乙烯微粒和氟化烷基硅烷為頂層在芳綸織物表面構造了自修復型超疏水涂層，該涂層可提升芳綸織物的耐磨性能，但透氣性較差，應用于化學防護服表面，可阻止有害氣體對皮膚的損傷。Liu等[61]通過三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸)酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯間發生硫醇-烯點擊化學反應，然后以二氨基二苯二硫醚為固化劑，制備了雙硫鍵自修復層，最后將粘結劑與氟化二氧化硅層層噴涂在表面，制備了減阻率可達27.7%的自修復型超疏水涂層。當表面受損時，其在100 ℃、20 kPa條件下2 h自修復效率超過70%。

3 結語

與普通的超疏水表面相比，自修復型超疏水表面兼具超疏水性和自修復性，不僅能夠使其使用壽命得到顯著延長，而且能夠更好地發揮超疏水性能，同時也可明顯降低材料的維護成本。因此，自修復型超疏水表面的研究具有十分重要的理論意義和實用價值。由上可知，自修復型超疏水表面的研究已從單一因素的修復逐漸發展到目前雙因素的修復，且自修復的途徑也已經十分多樣化，雖然各種自修復途徑均存在其優缺點，但已然可以滿足在不同基材上構筑的需求。同時，自修復型超疏水涂層在油水分離、防覆冰、防腐蝕等領域已展現出廣闊的應用前景。但是，目前自修復型超疏水表面的構筑大多還停留在研究階段，能夠真正實現應用的還相對較少，制約其實際應用的主要原因在于以下4個方面：(1)自修復型超疏水表面制備過程相對復雜，功能性原材料如低表面能物質的價格較高，導致其構筑成本昂貴，不利于大生產；(2)具有優異低表面能的含氟類材料是構建超疏水表面的常用物質，但氟元素對環境的污染問題不容小覷，且很多含氟類材料已被禁用；(3) 在常溫或者較低溫度下實現自修復的效率較低，所需要的修復時間較長，因此常常需要溫度、光照、水等手段促進其自修復，但這存在外來損傷的風險，限制了超疏水表面在更加精細的電子、人工智能等領域的應用；(4) 實現低表面能物質和表面粗糙結構同步修復的途徑還相對較少，研究人員還需進一步尋找平衡點，以找到能夠實現1+1>2效果的有效方式。基于上述現狀，筆者認為自修復型超疏水表面今后的發展趨勢首先將集中于著力解決上述存在的問題，即降低自修復型超疏水表面的生產成本、尋找含氟材料的有效替代品、實現常溫下的快速自修復、尋找實現低表面能物質和表面粗糙結構同步修復的有效途徑。其次，將多種修復機制引入到同一涂層中，發揮各自間的協同作用，實現在高溫、低溫、酸、堿等不同外界環境下均可正常工作的自修復型超疏水表面。第三，進一步挖掘自修復型超疏水表面在電子電器、航空航天、通訊、醫療衛生等其他領域中的應用前景。