蔣帆，趙越，胡吉明

（浙江大學(xué) 化學(xué)系，杭州 310027）

超疏水表面通常是指接觸角（contact angle,CA）大于150°，滾動角（sliding angle,SA）小于10°的表面。一般來說，微納米級粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)是構(gòu)建超疏水表面的兩個必要條件[1-2]。因此，在低表面能物質(zhì)上構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)和在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)是制備超疏水表面的兩大主要途徑，也有研究人員通過一步法同時完成粗糙表面的構(gòu)建以及低表面能的修飾。到目前為止，研究者們已經(jīng)開發(fā)了諸多制備超疏水表面的方法，如模板法[3-4]、水熱法[5-6]、溶膠凝膠法[7-9]、刻蝕法[10-13]、電沉積法[14-17]、陽極氧化法[18-22]和納米復(fù)合涂料法[23-26]等。超疏水表面由于其獨特的疏水性能，在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中得到了廣泛的關(guān)注，研究者們在諸如自清潔[27-30]、防覆冰[12,31-32]、油水分離[33-35]以及流體減阻[36-37]等方面開展了大量的研究。近年來，腐蝕防護(hù)也成為超疏水表面應(yīng)用的重要領(lǐng)域[38-41]。本文主要介紹了超疏水表面的基本原理和基于上述三種途徑的制備方法，以及常見超疏水表面和具有主動防護(hù)功能的超疏水表面在金屬腐蝕防護(hù)中的研究和應(yīng)用進(jìn)展。

1 超疏水表面的基本原理

德國波恩大學(xué)著名植物學(xué)教授 W.Barthlott[42]首次采用掃描電子顯微鏡觀察荷葉表面的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)荷葉的表面并不是光滑的，而是存在許多微米級別的乳突（圖1），并且這些乳突表面分布著疏水性的蠟狀物，因此得出，荷葉的自清潔性是由于其表面存在微米結(jié)構(gòu)的乳突和表面蠟狀物引起的。

進(jìn)一步研究表明，微米結(jié)構(gòu)的乳突上還存在著納米結(jié)構(gòu)，而這種微/納米級的多級結(jié)構(gòu)是構(gòu)建超疏水表面的一個必要因素[1-2]。通常，接觸角大于 150°的表面被稱為超疏水表面。然而，液體在固體表面的接觸角大小與固體表面的潤濕性密切相關(guān)。因此，研究超疏水表面的基本原理勢必要從固體表面的潤濕性開始說起。

關(guān)于潤濕性的研究，最早可以追溯到 1805年的Young氏方程。Young[43]提出，當(dāng)液滴落在理想的固體表面（組成均勻且絕對光滑）上，其靜態(tài)接觸角與固、液、氣三相間的表面張力相關(guān)，具體的關(guān)系符合公式(1)：

式中，γSA、γSL、γLA分別為固-氣、固-液、液-氣的界面張力；θ為固、液、氣三相平衡時的接觸角。Young氏方程是固體表面潤濕性研究的基礎(chǔ)。式中，接觸角θ的數(shù)值可用來評估固體表面的潤濕性。當(dāng)θ＞90°時，表現(xiàn)為疏水性；θ＜90°時，表現(xiàn)為親水性。

然而在實際生活中，我們接觸到的表面都是粗糙且不絕對均勻的，因此Young氏方程變得無法適用。為了解決這一問題，Wenzel于1936年發(fā)現(xiàn)，表面的粗糙結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)表面的潤濕性，使得其本征接觸角與表觀接觸角間存在一定的差值。這主要是由于粗糙表面上的固液實際接觸面積大于表觀接觸面積。因此，Wenzel[44]對 Young氏方程進(jìn)行了修正，引入固體表面粗糙度因子這一概念，提出了著名的Wenzel模型。該模型中，粗糙表面的表觀接觸角與Young氏方程中的本征接觸角存在如下關(guān)系：

式中，r為固體表面粗糙度因子，即粗糙表面實際表面積與表觀表面積之比，θW為粗糙表面的表觀接觸角，θ為Young模型中的本征接觸角。

對于實際固體表面而言，其粗糙度因子r＞l。因此，對于親水表面，θW＜θ＜90°，而對于疏水表面，θW＞θ＞90°。即在Wenzel模型中，增加表面粗糙度，將使得親水表面變得更加親水，疏水表面變得更加疏水。

然而，Cassie和Baxter在研究天然疏水材料時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)本征疏水材料具有一定的粗糙度后，液滴并不處于 Wenzel模型中完全填充凹槽的狀態(tài)，而是懸掛在粗糙結(jié)構(gòu)表面，形成了固-液-氣三相復(fù)合接觸界面。此時，液滴的實際接觸面積包括液-氣和液-固兩個部分。因此，提出了另一種固體表面的潤濕模型，即Cassie-Baxter模型[45]。具體描述如下：

式中，θCB為粗糙疏水表面的表觀接觸角；f1和f2分別表示固相和空氣相與液體接觸所占的面積分?jǐn)?shù)（f1+f2=1）；θ1和θ2分別表示液體在固相和空氣相上的本征接觸角。假定水與空氣的接觸角為180°，上述式子可簡化為：

式中，θ為液體在固相上的本征接觸角，即(3)式中的θ1。

上述三種理論的模型示意圖如圖2所示。隨著粗糙度因子或表面疏水性的增加，根據(jù) Cassie-Baxter模型，液滴變得更有利于擱置在粗糙表面。因此，通過調(diào)整材料表面的微觀形態(tài)或減少固液接觸界面的比例，可以實現(xiàn)θCB＞150°的超疏水狀態(tài)。

有研究者發(fā)現(xiàn)，對液滴施加一定的外力時，可使液滴實現(xiàn)從Cassie-Baxter到Wenzel狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，而對液滴進(jìn)行加熱時，可能使液滴從 Wenzel狀態(tài)轉(zhuǎn)變到Cassie-Baxter狀態(tài)。因此，這兩種模型間應(yīng)該存在著一個臨界狀態(tài)，能同時滿足上述兩種模型[46]。

2 超疏水表面的制備

根據(jù)構(gòu)建超疏水表面的基本原則，即表面同時具有微納米級粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能，超疏水表面的制備思路大體可以分為以下三種：1）在低表面能物質(zhì)上構(gòu)建微納米級粗糙結(jié)構(gòu)；2）先構(gòu)建出具有微納米級的粗糙結(jié)構(gòu)，再對表面進(jìn)行低表面能修飾；3）一步法完成低表面能修飾和微納米級粗糙結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

對于疏水型材料，可直接通過在其表面構(gòu)建微納米級粗糙結(jié)構(gòu)，從而快速地獲得超疏水表面。例如，Sun等人[47]通過復(fù)制荷葉表面的微納米級粗糙結(jié)構(gòu)，從而在聚二甲基硅氧烷（PDMS）表面獲得與荷葉高度相似的超疏水性，其制備方法如圖3所示。

該工作首次證明，可通過采用天然植物作為模板制備超疏水表面。該方法可快速且高效地復(fù)制特定粗糙結(jié)構(gòu)，制備過程簡單，所需成本較低。然而，天然動植物所能提供的粗糙結(jié)構(gòu)總是有限的，且不能對所需結(jié)構(gòu)進(jìn)行人為調(diào)控。Yong等人[48]通過逐點飛秒激光掃描技術(shù)在PDMS上快速構(gòu)建微孔陣列粗糙結(jié)構(gòu)，獲得了粘附性可控的超疏水表面。研究表明，通過調(diào)節(jié)相鄰微孔間的重疊程度，所制備超疏水表面的滾動角可在 3°～180°之間轉(zhuǎn)變。該項研究為制備具有粘附性可控的超疏水表面提供了一種新的思路。

然而，在實際應(yīng)用中，大多數(shù)的聚合物或者基體表面均表現(xiàn)出親水性能。因此，大量研究采用先在表面構(gòu)建微-納米多級結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行疏水化修飾的思路。通常，先利用刻蝕法、水熱法、溶膠-凝膠法等常見構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)的方法對表面進(jìn)行粗糙化，再用長鏈烷烴、含氟試劑等物質(zhì)賦予該粗糙表面低表面能。例如，Huang等人[49]采用1 mol/L NaOH對鋁合金AA6061進(jìn)行化學(xué)刻蝕，而后用0.01 mol/L的硬脂酸（SA）/乙醇溶液進(jìn)行不同時間的低表面能鈍化處理，得到了超疏水表面，制備原理如圖4所示。

研究表明，當(dāng)鈍化時間大于1 min時，鋁合金表面的接觸角超過150°，延長鈍化時間至60 min，超疏水性能基本保持恒定（圖5）。相比于其他方法，該方法得到的微觀結(jié)構(gòu)來源于基體本身，因此具有更穩(wěn)定的機(jī)械性能。然而，刻蝕過程通常是在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等條件下進(jìn)行，實驗條件較為苛刻，且對環(huán)境和實驗者的健康不利。Li等人[50]采用簡單且較為環(huán)保的純水熱氧化方法，于 120 ℃下在鋅表面制備得到具有六邊形橫截面的 ZnO納米棒粗糙結(jié)構(gòu)，再將其浸入含有1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）的乙醇溶液中進(jìn)行表面疏水化修飾，得到超疏水薄膜，修飾后的形貌基本未發(fā)生變化，如圖6所示。

然而，其在修飾過程中所使用的低表面物質(zhì)（PFOTES）對環(huán)境友好不利。Mahadik等人[51]采用溶膠-凝膠法，通過滴涂的方式，將甲基三甲氧基硅烷水解后形成的溶膠平鋪在玻璃基體表面，固化后，經(jīng)三甲基氯硅烷修飾，得到超疏水表面。該方法得到的薄膜在 550 ℃下煅燒后仍能維持 170°的接觸角，當(dāng)進(jìn)一步加熱至 600 ℃時，薄膜變得超親水，然而經(jīng)三甲基氯硅烷再次修飾后可恢復(fù)超疏水性。

上述大多數(shù)已報道的工作都是通過兩步甚至多步的制備，得到超疏水表面。近些年，也有研究人員通過一步法同時完成粗糙表面的構(gòu)建以及低表面能的修飾。例如，Jiang等人[52]采用一步溶膠-凝膠法，先在乙醇溶液中堿化水解甲基丙烯酸六氟丁酯和 3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的預(yù)聚體（PHFAMPS）以及硅酸四乙酯（TEOS）溶液，形成含氟二氧化硅溶膠，再通過浸涂的方式在棉織物上得到超疏水表面，制備過程如圖7所示。

Liu等人[53]采用一步電沉積工藝，在含有0.01 mol/L六水合硝酸鈰和 0.04 mol/L肉豆蔻酸的乙醇前驅(qū)體溶液中，于20 V槽壓下沉積5～30 min，在鎂合金表面得到超疏水的肉豆蔻酸鈰薄膜。其中，沉積10 min得到的薄膜具有最大的接觸角（160.4°±0.7°）。除了上述提到的方法之外，納米復(fù)合涂料也是一種較為常見的一步構(gòu)建超疏水表面的方式。其中，納米顆粒構(gòu)建了超疏水表面所需的微納米級粗糙結(jié)構(gòu)，低表面能則由疏水型聚合物樹脂或疏水納米顆粒提供。例如，Kirveslahti等人[54]將疏水化納米SiO2顆粒和聚四氟乙烯（PTFE）粒子作為聚醚砜樹脂（PES）和聚偏二氟乙烯（PVDF）中的添加劑，通過調(diào)節(jié)顆粒濃度大小，一步共混得到最大接觸角為 165°的超疏水涂層。該方法可通過簡單地改變納米顆粒的形態(tài)和尺寸、樹脂的類型以及納米顆粒與樹脂間的相對濃度等參數(shù)，有效地調(diào)控涂層的疏水性能。然而，簡單的物理混合會使粒子和有機(jī)聚合物之間存在較明顯的界面，并且在制備過程中容易因納米粒子的再次團(tuán)聚而影響其與聚合物樹脂間的相容性，從而降低復(fù)合涂層的機(jī)械性能。鑒于此，可考慮對納米粒子進(jìn)行官能化修飾，使其與聚合物之間形成化學(xué)鍵合，從而提高復(fù)合涂層的機(jī)械穩(wěn)定性。

3 超疏水表面在金屬防護(hù)中的應(yīng)用

金屬及合金是常見的工程材料，在工業(yè)、建筑、海洋和航空等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。然而，每年因為金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(chǎn)總值的3%～5%[55]。因此，對金屬實施合適的防護(hù)手段具有重要的現(xiàn)實意義。常用的金屬防護(hù)技術(shù)主要有：改變金屬的組成（耐蝕合金），改善腐蝕環(huán)境（緩蝕劑），隔絕腐蝕介質(zhì)（涂層），電化學(xué)保護(hù)（犧牲陽極）等[56]。其中，涂層防護(hù)因其工藝簡單、成本低廉、易與其他方法結(jié)合等優(yōu)點，是目前使用最為廣泛的一種防腐蝕手段[57]。另外，大多數(shù)時候的金屬腐蝕是在水環(huán)境中發(fā)生的，因此賦予金屬表面超疏水性能，可以有效地增強(qiáng)涂層的防護(hù)性能。

3.1 常見的超疏水表面

超疏水表面之所以能夠用于防護(hù)金屬，是因為其微納米級粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能性質(zhì)，使得表面形成一層空氣墊，大大減少了腐蝕介質(zhì)與表面的接觸面積，有效地增大了腐蝕粒子侵入基體表面的阻力[58]。

早期，研究者通常采用在金屬基體表面構(gòu)建超疏水薄膜的策略，來增強(qiáng)金屬的耐腐蝕性能。例如，Liu等人[40]通過結(jié)合化學(xué)刻蝕和熱氧化處理的方法，將銅基體在10%的氨溶液中刻蝕20 h，再在340 ℃下煅燒10 min，進(jìn)一步在0.1 mol/L的硬脂酸/乙醇溶液中室溫改性3 h后，得到粗糙的超疏水薄膜，如圖8a、b所示，其表面接觸角可達(dá)到157.6°。極化曲線（圖9）顯示，與裸銅基體的腐蝕電位（-352 mV）和腐蝕電流密度（4.318×10-6A/cm2）相比，超疏水表面的腐蝕電位變?yōu)?238 mV，腐蝕電流密度下降至2.354×10-8A/cm2，表現(xiàn)出一定的耐腐蝕性能。

但是，在該工作中，先刻蝕、再煅燒、接著修飾的制備過程顯得相對有些復(fù)雜。值得一提的是，F(xiàn)eng等人[59]將鎂合金AZ91浸入硬脂酸的水乙醇溶液中，置于高壓釜內(nèi)于80 ℃加熱10 h，一步水熱直接生成超疏水鎂合金表面，其接觸角為153.8°，滾動角為4°。極化曲線顯示，在3.5%NaCl溶液中浸泡10 min時，疏水化后的鎂合金基體相比裸基體的腐蝕電流下降了三個數(shù)量級。然而，當(dāng)浸泡時間超過15 h后，鎂合金基體發(fā)生了輕微腐蝕。這可能是由于在腐蝕性介質(zhì)的持續(xù)侵入下，部分長鏈烷基分子發(fā)生分解后從基體表面解離，從而形成了納米孔或者微孔，使得鎂合金表面失去超疏水性，降低了對基體的防護(hù)性能。

超疏水薄膜較早被應(yīng)用于鋁合金、鎂合金、銅等金屬材料的腐蝕防護(hù)，直到 2014年，Wu等人[38]通過一步電沉積硅酸四乙酯（TEOS）和十二烷基三甲氧基硅烷（DTMS）混合前驅(qū)體溶液的方法，首次將超疏水薄膜應(yīng)用在低碳鋼基體的防護(hù)中。如圖10所示，當(dāng)沉積電位低于-1.3 V，沉積時間超過300 s時，可實現(xiàn)超疏水性。并且該種 SiO2/DTMS復(fù)合薄膜浸泡于3.5% NaCl溶液中48 h內(nèi)仍能保持超疏水性（圖11）。鐵離子溶出實驗得出，浸泡 1天后的超疏水薄膜樣品的鐵溶出速率，相比裸碳鋼降低了兩個數(shù)量級。圖12中低頻區(qū)的高模值和高頻區(qū)的高相位角進(jìn)一步表明，該種超疏水薄膜可以顯著提高碳鋼基體在NaCl溶液中的耐腐蝕性能。

上述超疏水薄膜雖然具有一定的防護(hù)性能，但是由于其厚度有限，腐蝕環(huán)境較為苛刻等因素，超疏水薄膜還是難以達(dá)到長期防護(hù)的效果。涂層技術(shù)是目前使用最廣泛的一種金屬防腐蝕手段，研究者開展了大量關(guān)于超疏水涂層用于金屬防護(hù)的工作。例如，Zhu等人[39]采用靜電粉末噴涂法在鋁基體表面制備了具有仿生球狀仙人掌結(jié)構(gòu)的超疏水納米復(fù)合涂層（PCFn）。具體過程如圖13所示：首先在基體表面噴涂上一層環(huán)氧樹脂，再經(jīng)靜電噴涂聚砜（PSU）、碳納米管（CNTs）和氟化丙烯乙烯（FEP）的混合粉末之后，于220 ℃下固化30 min。制備得到的超疏水涂層在如圖14所示的裝置下，經(jīng)過50次共2000 g的砂沖擊試驗后，接觸角仍維持在155°，體現(xiàn)出優(yōu)異的耐摩擦性能（從圖15中可看出，在3.5%NaCl溶液中，浸泡初期，相比裸基體腐蝕電流密度約10-3mA/cm2，PCFn涂覆的鋁基體測得的腐蝕電流密度降低 2個數(shù)量級，延長浸泡時間至一周后，腐蝕電流密度仍然維持在10-5mA/cm2左右，表現(xiàn)出良好的耐久性）。圖16顯示，該超疏水涂層在1～14的pH范圍內(nèi)，接觸角均維持在158°以上，體現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。在這項工作中，PSU和FEP的良好混合以及與CNTs之間的橋接，有效地改善了涂層強(qiáng)度，顯著地提升了涂層的耐腐蝕性能。值得一提的是，該涂層還可應(yīng)用于一些不規(guī)則的表面，有利于超疏水涂層在實際領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用。

Li等人[60]在碳鋼基體上開發(fā)了一種新型聚醚砜（PES）超疏水涂層。其中，還原態(tài)鈦酸鉀晶須（RPTW）和納米 SiO2粒子提供涂層的表面粗糙結(jié)構(gòu)，1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）賦予涂層低表面能。該超疏水涂層經(jīng)過劃格測試后幾乎沒有剝離現(xiàn)象，并且在經(jīng)過300次TABER磨損試驗后，仍然保持154°的接觸角，體現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性能，這主要得益于鈦酸鉀晶須出色的耐磨性。另外，EIS測試顯示，該超疏水涂層在3.5%NaCl溶液中浸泡兩個月，其低頻阻抗模值（0.01 Hz）仍然高于1010Ω·cm2，相比未經(jīng)疏水化修飾的涂層，高出了三個數(shù)量級。該工作巧妙地利用具有氧空位的還原態(tài)鈦酸鉀晶須（RPTW）在碳鋼基體表面生成 Fe3O4鈍化膜，結(jié)合涂層表面的超疏水性能，顯著地提升了涂層對于碳鋼基體的長期防腐效果。

3.2 具有主動防護(hù)功能的超疏水表面

由于常見的超疏水表面主要起的是物理阻擋作用，因此隨著使用時間的延長，超疏水表面的空氣墊在發(fā)生機(jī)械損傷或化學(xué)作用被破壞時，疏水性能下降，其對金屬防護(hù)的效果將大大減弱。為了進(jìn)一步延長金屬的使用壽命，通常的做法是將具有主動防護(hù)功能的緩蝕劑引入到防護(hù)體系中，其引入方式主要為直接摻雜[61-63]和負(fù)載于微納存儲器中[64-66]。因此，構(gòu)建集被動和主動防護(hù)功能于一身的超疏水表面，成為近幾年來防護(hù)用超疏水表面的研究重點。

本研究組[67]可能是最早提出構(gòu)建具有主動防護(hù)功能的超疏水表面的概念的研究團(tuán)隊。如圖17所示，通過電沉積技術(shù)，采用兩種途徑，在鋁合金基體上成功制備了含有鈰鹽或者苯并三氮唑（BTA）的超疏水SiO2薄膜。EIS測試表明，負(fù)載有鈰鹽或者 BTA的超疏水SiO2薄膜相較于普通的超疏水SiO2薄膜，在較長的時間內(nèi)均表現(xiàn)出更高的低頻阻抗模值（0.1 Hz）。掃描振動電極技術(shù)（SVET）測得的結(jié)果顯示，在0.1 mol/L的NaCl溶液中浸泡12 h，含有鈰鹽（圖18）或者 BTA（圖19）的超疏水薄膜的最大陽極電流密度均在10 μA/cm2左右，而普通的超疏水SiO2薄膜的最大陽極電流密度則在 100 μA/cm2以上，表現(xiàn)出良好的腐蝕抑制作用。

與傳統(tǒng)的浸涂工藝相比，該方法得到的 SiO2薄膜具有更高的粗糙度和孔隙率，有利于達(dá)到超疏水的要求。并且，該工作中提出的兩種于超疏水表面負(fù)載緩蝕劑的途徑具有較大的普適性，構(gòu)建其他超疏水薄膜的方法亦可借鑒。

起先，研究者通過將緩蝕劑直接摻雜到防護(hù)體系的方式來增強(qiáng)涂層的主動防護(hù)性能。然而，摻雜的緩蝕劑濃度過高或溶解度較低等因素常常導(dǎo)致防護(hù)體系的完整性受到破壞。因此，有研究者提出先用微納存儲器負(fù)載緩蝕劑，再摻入到涂層體系的策略，來解決直接摻雜破壞防護(hù)體系完整性的問題[68]。例如，Liang等人[69]將含有 1-十六烷基-3-甲基咪唑溴化物（HMID）的二氧化硅納米顆粒（SiO2-IMI）作為pH響應(yīng)納米容器，均勻地分散在疏水 SiO2溶膠中，通過浸涂的方式，在鋁合金AA2024上構(gòu)建具有主客體反饋活性的超疏水涂層（SiO2-IMI@SHSC）。當(dāng)鋁基體表面發(fā)生局部腐蝕時（如圖20所示），SiO2-IMI可以同時響應(yīng)腐蝕性微陰極區(qū)周圍的pH值上升或微陽極區(qū)附近的pH值降低，迅速釋放HMID，在受損表面形成致密的分子膜，抑制腐蝕介質(zhì)的進(jìn)一步擴(kuò)散。

除了上述提到的納米 SiO2存儲器之外，水滑石（LDHs）因其固有的陰離子可交換性，成為理想的微納存儲器。Ding等人[41]通過水熱法在AZ31B鎂合金表面生長鎢酸鹽插層的水滑石（LDHs）轉(zhuǎn)化膜，在轉(zhuǎn)化膜表面旋涂上一層經(jīng)聚六亞甲基異氰酸酯改性的聚二甲基硅氧烷樹脂（U-PDMS），并噴涂上月桂酸修飾的 LDHs粉末，得到超疏水涂層。該涂層在3.5%NaCl溶液中浸泡一周后的接觸角仍大于160°。當(dāng)浸泡時間超過20天時，涂層接觸角開始降至150°以下，表現(xiàn)出高度耐受性。如圖21和圖22所示，SVET測試表明，該超疏水涂層在0.05 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 h后出現(xiàn)最大陽極電流密度（590 μA/cm2），繼續(xù)浸泡8 h后，陽極電流密度降低至噪聲水平，表現(xiàn)出高效的自愈作用。

相比其他類型的納米存儲器，LDHs薄膜制備工藝簡單且與基體結(jié)合力較好，其粗糙的片狀插層結(jié)構(gòu)能夠負(fù)載足量的緩蝕劑，在超疏水表面用于金屬防護(hù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

上文提到，超疏水涂層可以通過負(fù)載緩蝕劑在涂層受到機(jī)械損傷時提供主動防護(hù)性能。然而，表面微納結(jié)構(gòu)的破壞勢必會影響涂層的超疏水性能。到目前為止，很少有研究報道將主動防護(hù)功能和自愈性超疏水表面結(jié)合應(yīng)用到金屬的腐蝕防護(hù)領(lǐng)域。直到 2017年，Qiang等人[70]通過模板法在碳鋼Q235基體上制備得到基于緩蝕劑BTA和環(huán)氧基形狀記憶樹脂（SMP）雙重作用的超疏水涂層。如圖23所示，該涂層可通過在陽光下觸發(fā)的形狀記憶效應(yīng)，來修復(fù)物理損傷后的表面形態(tài)；通過緩蝕劑（BTA）的釋放，來修復(fù)涂層缺陷處的耐腐蝕性能。當(dāng)光照達(dá)到60 min后，涂層表面的溫度可達(dá) 50 ℃以上（圖24）。從光照不同時間的涂層Bode演變圖上也可看出，該涂層在光照條件下具有自修復(fù)性能（圖25）。該工作為超疏水涂層在戶外環(huán)境中的實際應(yīng)用提供了一種有效的途徑。

4 結(jié)論與展望

超疏水表面因其獨特的疏水性能，在金屬防護(hù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。然而，目前的超疏水表面制備工藝大多存在成本高、工藝復(fù)雜、環(huán)境不友好等不足，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。其次，超疏水表面暴露于惡劣環(huán)境時，因機(jī)械破壞和化學(xué)作用，容易失去超疏水性，進(jìn)而減弱其對于金屬基體的防護(hù)性能。因此，如何提高超疏水表面的機(jī)械性和穩(wěn)定性仍是今后的研究重點。此外，關(guān)于構(gòu)建具有主動防護(hù)功能的超疏水表面，目前大多數(shù)用于負(fù)載緩蝕劑的納米存儲器均為親水型材料，如介孔二氧化硅、黏土礦物、納米碳材料等，這些親水型納米存儲器在疏水體系中的分散性和相容性成了一個新的問題。近期，本課題組嘗試對納米存儲器進(jìn)行疏水化修飾，制備得到疏水納米存儲器，有望在構(gòu)建具有主動防護(hù)功能的超疏水表面上取得新的進(jìn)展。