超疏水现象及其应用
宋代周敦颐在《爱莲说》中写道“予独爱莲之出淤泥而不染”。

一千年后的今天，人们已经可以从科学的角度解释莲这种“出淤泥而不染”的特性。

与之相关的“仿生超疏水性表面”
的研究已成为化学模拟生物体系研究中的一个新领域。

浸润性是固体表面的重要特征之一,它由表面的化学组成和微观形貌共同决定。

超亲水和超疏水特性是表面浸润性研究的主要内容。

所谓超疏水（憎水）表面一般是指与水的接触角大于150度，滑动角小于20°的表面。

人们对超疏水表面的认识，主要来自植物叶——荷叶表面的“自清洁”现象。

比如，水珠可以在荷叶的表面滚来滚去，即使在上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。

荷叶这种出污泥而不染的特性被称作“自清洁”效应。

功能性应用的众多需求一直驱使着超疏水表面不断研究发展。

现如今, 在不同的领域涌现出一大批新型、高效的应用方式, 包括在光学领域、微物质能量领域、工业防锈领域、电池领域等等。

1、微物质能量领域
超疏水表面的一个很重要的应用即为其超疏水性的可逆性。

超疏水可逆性原理可应用于液滴或纳米粒子的操纵和微米级毛细管引擎。

通过光照或电压等增加下板表面能量到一定值, 半月板下移形成毛细管桥, 反则下半月板恢复到原来的位置。

类似的原理可以用于微物质的操控, 例如, 一个小液滴, 当承载基板为低表面能时被抬起; 反则液滴被释放[ 27] 。

这样就可以实现表面能与机械能之间的能量转化, 进而促成多种能量之间的变换。

此类实验的成功为微物质领域的能量应用发展提供了广阔的空间。

2、燃料领域
在传统燃料输送设备中, 剩余燃料都会造成很大的浪费, 与此相关的应用是使用超疏油表面进行燃料经济性操作, 即在设备内制得超疏油表面, 虽然所用的表面是超疏油性的, 但其制备原理与超疏水表面制备方法极其类似, T uteja 等在油料输送管道和储油罐内制备出以低表面能物质修饰的粗糙表面, 同样可以适用于低表面能油料流体的输送。

这一成果具有很高的工业应用价值, 其规模化应用潜力巨大
3、光学领域
对于一些光学仪器来说, 自清洁功能显得尤为重要, 于是涌现出相当多有关于高透性、无反射性或高反射性超疏水表面的研究。

为了得到表面的透光性, 构成表面粗糙结构的颗粒就必须小于可见光波长。

实际中制备高反射性能的超疏水表面是有比较大的难度的, 从表面粗糙度的观点来看, 随着表面粗糙度的增加, 表面的疏水效果增加, 但同时表面的反射性能会减弱。

为解决此问题, Shen 等通过控制银镜反应制备出了具有超疏水性能的高反射银镜面。

使得在保证高反射性的前提下, 制备具有超疏水性能基
面这一难题得以实现。

4、生物医学领域
生物领域中, 基材表面的生物粘附是一个复杂的现象, 它包括在有机质和界面之间多种不同的相互作用。

Wang 等将制备的亲水/ 超疏水的表面浸入蛋白质溶液中时, 在超疏水部分形成空气层, 这个“隔离墙”就阻止了细胞与表面的接触, 形成了分离区域, 而活细胞可以在亲水性表面自由生长。

在临床治疗方面, 超疏水表面表现出抗细胞粘附的特性。

用一种部分氟化的且具有生物兼容性的聚氨基甲酸乙酯表面来测试对血小板的粘附性, 实验表明, 相比于普通聚氨基甲酸乙酯表面对血小板强烈的粘附作用, 具有超疏水性能的表面对血小板几
乎没有任何粘附作用。