王小青，孟軍旺，程志泳，管浩

（中國林業(yè)科學(xué)研究院木材工業(yè)研究所，北京 100091）

木材作為一種天然可再生材料，富含親水性基團(tuán)且孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，因而具有很強(qiáng)的吸濕／水能力，使得木材及其制品易于發(fā)生干縮濕脹，產(chǎn)生形變、翹曲和開裂等缺陷，限制了其應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)的木材疏水處理手段，如熱處理［1］、乙?；男裕?］、樹脂浸漬［3］、硅烷化處理［4］、表面涂飾［5］等雖然能夠在一定程度上提高木材的耐濕／水能力，但無法從根本上抑制水分特別是液態(tài)水對木材的侵入。自然界普遍存在的超疏水表面（如荷葉表面、蝴蝶翅膀、水黽的腿）給木材疏水改性提供了重要的啟示［6-8］。荷葉表面屬于典型的超疏水表面（水接觸角大于150°，滾動角小于10°），水滴在其表面容易滾動并能帶走表面附著的污染物，呈現(xiàn)自清潔效應(yīng)。如果能夠在木材表面構(gòu)建類似荷葉表面的微／納米粗糙結(jié)構(gòu)，并修飾低表面能物質(zhì)，賦予木材超疏水性能，則可有效隔離木材與水分接觸，從而避免木材因吸水而引起的干縮濕脹、生物腐朽等問題，同時賦予木材自清潔、防污、防霉、防腐等功能。

受“荷葉效應(yīng)”啟示，木材超疏水表面的仿生構(gòu)建近年來備受關(guān)注，已成為木材功能化修飾的研究熱點(diǎn)之一。木材表面主要由屋脊?fàn)钔蛊鸬募?xì)胞壁和呈凹槽狀的細(xì)胞腔交替組成，這種天然微溝槽結(jié)構(gòu)為構(gòu)建超疏水表面提供了先決條件。木材超疏水表面仿生構(gòu)建的策略是在木材基底引入納米粗糙結(jié)構(gòu)并修飾低表面能物質(zhì)。表面粗糙化處理主要通過水熱法［9-10］、溶膠-凝膠法［11-12］、化學(xué)氣相沉積［13］、層層自組裝［14-15］等方法在木材表面沉積無機(jī)納米材料（如SiO2、TiO2、ZnO 等），或采用等離子體刻蝕法［16-17］直接在木材基底開鑿粗糙結(jié)構(gòu)。常用的低表面能物質(zhì)主要有十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）、十八烷基三氯硅烷（OTS）等長鏈有機(jī)硅烷和氟化硅烷等［18-20］。由于超疏水木材在實(shí)際應(yīng)用中不可避免地要受到刮擦磨損、陽光輻射、化學(xué)腐蝕等外界因素的作用，容易造成表面微／納米粗糙結(jié)構(gòu)的破壞或低表面能物質(zhì)的降解，從而導(dǎo)致超疏水性能的喪失，限制了超疏水木材的實(shí)際應(yīng)用；因此，設(shè)法提高木材表面超疏水涂層的機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。筆者分析了木材超疏水表面耐久性差的原因，介紹了超疏水表面耐久性能的測試方法，綜述了木材耐久性超疏水表面的構(gòu)建策略及其最新研究進(jìn)展，并對其未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 木材超疏水表面耐久性差的主要原因

1.1 表面微/納米結(jié)構(gòu)容易損壞

木材表面超疏水性能的形成是由其表面微／納米粗糙結(jié)構(gòu)與低表面能物質(zhì)共同作用的結(jié)果，其中微／納米粗糙結(jié)構(gòu)的存在使得空氣在固液兩相之間形成“氣墊層”，從而減小固液接觸面積，是獲得超疏水性能的關(guān)鍵［21］。然而超疏水表面這種精細(xì)結(jié)構(gòu)對外部環(huán)境的適應(yīng)性較差，容易受各種機(jī)械磨損作用甚至輕微的物理接觸而受到損壞，從而喪失超疏水性能［22-23］。此外，采用溶膠凝膠法、水熱法等負(fù)載的無機(jī)納米顆粒（如SiO2納米球、ZnO 納米棒）與木材基底基本是物理接觸，很難形成穩(wěn)固的結(jié)合，在外力作用下（摩擦、水洗）容易脫落，使得超疏水涂層機(jī)械穩(wěn)定性較差。因此，需要通過合理的表面微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高超疏水涂層的機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨性。

1.2 低表面能物質(zhì)容易失效

木材表面粗糙結(jié)構(gòu)修飾低表面能物質(zhì)是實(shí)現(xiàn)木材超疏水性能的必要條件，而疏水物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性是影響超疏水表面耐久性能的重要因素［24-25］。然而在實(shí)際應(yīng)用過程中，超疏水木材會處于復(fù)雜的外界環(huán)境中，有機(jī)溶劑、油污以及灰塵等顆粒物容易污染或填充表面的粗糙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致超疏水性能下降甚至消失；表面機(jī)械磨損等容易造成低表面能物質(zhì)的損耗，高溫高濕環(huán)境、紫外線照射可能導(dǎo)致超疏水涂層中疏水物質(zhì)的降解，從而使得疏水效果變差或疏水性能喪失。因此，構(gòu)建穩(wěn)健、耐久的微觀結(jié)構(gòu)，采用耐久的低表面能物質(zhì)，是提高超疏水涂層耐久性的關(guān)鍵。

2 超疏水表面耐久性能測試方法

超疏水表面的耐用性是超疏水木材走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵，因此木材表面超疏水涂層的耐久性測試和評價尤為重要。目前，超疏水表面的耐久性能還沒有一種標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法。耐久性一般包括機(jī)械穩(wěn)定性和環(huán)境耐受性兩個方面。超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性評價方法主要有線性磨擦法、刀片劃傷法、砂粒沖擊法、水流濺射測試法等［26-28］。線性磨擦法是測試超疏水表面機(jī)械穩(wěn)定性的常用方法，它是利用砂紙、抹布、橡膠等材料作為磨蝕材料，通過施加一定垂直壓力對超疏水表面進(jìn)行線性磨擦從而測試其耐磨性能。為了使不同樣品的耐磨性具有可比性，需要明確線性磨擦試驗(yàn)中一些關(guān)鍵參數(shù)，如磨損材料類型、施加的壓力、磨損距離以及磨擦速度等。另外，需要注意的是，單純用靜態(tài)接觸角不能全面反映機(jī)械磨損對超疏水表面的影響。在磨損測試過程中，不僅要考慮靜態(tài)接觸角的變化，還必須將接觸角滯后或滾動角納入到潤濕性表征體系［26］。刀片劃傷法實(shí)際上是一種線性磨損測試，它是利用尖銳的物體（如刀、筆等）代替相對平坦的磨蝕材料對超疏水表面進(jìn)行刻劃，從而導(dǎo)致樣品表面微觀結(jié)構(gòu)損壞，然后通過測量表面潤濕性能（靜態(tài)接觸角、接觸角滯后）以評價超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中，超疏水表面除了會遭受線性磨損，還有可能受到固體或液體的直接沖擊。通常是利用砂?；蛩鳛闆_擊物，在一定高度或加壓情況下對水平或傾斜45°放置的樣品表面進(jìn)行沖擊測試，通過測量潤濕性能表征超疏水表面的耐沖擊性能。

除了機(jī)械穩(wěn)定性，超疏水木材的環(huán)境耐受性能也需要考慮，主要通過在酸堿溶液、高溫高濕、紫外光照等環(huán)境因素作用下的性能表現(xiàn)來衡量。例如耐酸堿性能評價主要是通過簡單的浸漬實(shí)驗(yàn)，將超疏水材料置于不同pH 的溶液環(huán)境中，通過對比浸漬前后表面的潤濕性能變化來檢測酸堿環(huán)境對超疏水性能的影響。

3 提高木材超疏水表面耐久性能的主要途徑

3.1 木材表面直接接枝疏水劑

木材表面具有天然的微米級粗糙結(jié)構(gòu)，其中縱切面（弦切面、徑切面）由于凸起的細(xì)胞壁和凹陷的細(xì)胞腔交替形成微溝槽狀結(jié)構(gòu)，而橫切面呈蜂窩狀。這種天然的粗糙結(jié)構(gòu)為構(gòu)建疏水或超疏水表面創(chuàng)造了必要條件，在此粗糙結(jié)構(gòu)表面通過化學(xué)鍵接枝疏水劑（如聚硅氧烷、長鏈烷烴），則可以形成穩(wěn)固的疏水或超疏水表面。Sèbe 等［29］通過分步處理在木材表面接枝低表面能硅樹脂：木材首選與馬來酸酐發(fā)生酯化反應(yīng)引入羧酸基團(tuán)，進(jìn)一步與烯丙基縮水甘油醚（AGE）發(fā)生開環(huán)反應(yīng)引入乙烯基，最后通過加氫硅烷化反應(yīng)接枝硅樹脂。改性木材疏水性能優(yōu)良，縱切面水接觸角達(dá)140°，而橫切面則達(dá)超疏水狀態(tài)（接觸角150°）。為了簡化操作步驟，Lin 等［30］通過聚甲基氫硅氧烷（PMHS） 的—Si—H 與木材表面羥基的脫氫反應(yīng)直接將PMHS 的聚硅氧烷疏水長鏈接枝到木材表面，獲得的改性木材縱切面和橫切面水接觸角分別達(dá)139°和150°。手指擦拭和砂粒沖擊實(shí)驗(yàn)表明改性木材表面具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，另外木材表面經(jīng)過紫外光照射（36 W）48 h 依然保持穩(wěn)定的疏水性能。為了獲得木材整體疏水性能，Wang 等［31］通過真空浸漬將硬脂酰氯溶液（甲苯為溶劑）引入木材內(nèi)部，并在加熱條件下將硬脂酰氯的長鏈烷烴接枝到木材細(xì)胞壁上，從而使木材獲得由外到內(nèi)的疏水效果，縱切面水接觸角達(dá)140°，橫切面接觸角超過150°。由于低表面能物質(zhì)貫穿木材內(nèi)外，無論砂紙磨擦或直接切開木材，新暴露出來的木材表面依然具有良好的疏水性能，表明整體疏水處理可以使木材表面具有穩(wěn)健的疏水性能。

需要說明的是，通過直接接枝低表面能疏水劑木材橫切面很容易達(dá)到超疏水狀態(tài)，而木材縱切面水接觸角基本保持在140°左右，未達(dá)到超疏水狀態(tài)。不同切面疏水性能差異主要與木材表面解剖構(gòu)造有關(guān)。木材橫切面具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)水滴滴到橫截面時，細(xì)胞腔內(nèi)空氣被封閉不易散失，從而形成“空氣墊”，水滴在表面呈球狀，水接觸角達(dá)150°以上；木材縱切面具有微溝槽狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)水滴滴到縱切面，細(xì)胞腔內(nèi)的部分空氣容易順著凹陷的細(xì)胞腔通道逃逸，減小了空氣墊所占比例，所以接觸角要明顯小于橫截面［18］。在實(shí)際應(yīng)用中，木材縱切面（弦切面、徑切面）是主要利用的木材表面，因而實(shí)現(xiàn)木材縱切面的超疏水性能具有現(xiàn)實(shí)意義。由超疏水理論可知，固體表面潤濕性取決于它的表面自由能和表面粗糙度，而表面粗糙度是影響固體表面疏水性能的關(guān)鍵因素。因此，為了進(jìn)一步改善木材縱切面的疏水性能，必須在木材表面引入納米級粗糙結(jié)構(gòu)，以形成微／納米雙重粗糙結(jié)構(gòu)。

3.2 有機(jī)/無機(jī)雜化超疏水涂層的構(gòu)建

針對木材表面超疏水涂層機(jī)械穩(wěn)定性較差的問題，以SiO2、TiO2等無機(jī)納米顆粒為填充物，以具有黏結(jié)作用的透明聚合物（如環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅油）為有機(jī)基質(zhì)，在木材表面構(gòu)建有機(jī)／無機(jī)雜化復(fù)合超疏水涂層，利用黏合劑增強(qiáng)納米顆粒與木材基底的結(jié)合，從而改善超疏水涂層的機(jī)械穩(wěn)定性和耐磨性。Liu 等［32］采用三步法在木材表面構(gòu)建了環(huán)氧樹脂／SiO2復(fù)合超疏水涂層：首先采用溶液浸漬法在木材表面黏附一層環(huán)氧樹脂，然后利用環(huán)氧樹脂層的環(huán)氧基團(tuán)與氨基化SiO2納米粒子上氨基之間的化學(xué)反應(yīng)，將SiO2納米粒子固定在環(huán)氧樹脂表面形成微／納米粗糙結(jié)構(gòu)，最后利用有機(jī)硅烷（OTS）對涂層進(jìn)行疏水改性，獲得了超疏水木材（水接觸角154°，滾動角7°）。砂粒沖擊實(shí)驗(yàn)證明，環(huán)氧樹脂／SiO2復(fù)合超疏水涂層具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性，其穩(wěn)定性主要?dú)w功于環(huán)氧樹脂將SiO2納米顆粒牢固地黏附在木材表面。Liu 等［33］通過滴涂法在木材表面沉積了聚乙烯醇（PVA）／SiO2復(fù)合薄膜，并用OTS 進(jìn)行疏水改性，獲得了機(jī)械穩(wěn)健性較好的超疏水木材。其中PVA／SiO2復(fù)合材料的花瓣狀結(jié)構(gòu)為超疏水涂層提供了必要的粗糙度，OTS 提供了低表面能疏水劑，PVA 作為成膜劑使得超疏水涂層與木材基底形成良好的結(jié)合。Wu等［34］采用無機(jī)納米粒子（SiO2、TiO2）與乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）復(fù)合，在木材、竹材、濾紙、棉花等多種纖維素材料表面構(gòu)建了穩(wěn)健的有機(jī)／無機(jī)復(fù)合超疏水涂層（水接觸角大于150°，滾動角小于4.5°），經(jīng)過砂紙摩擦、刀片切割、手指刮擦等一系列機(jī)械磨擦實(shí)驗(yàn)后，仍表現(xiàn)出良好的超疏水性能。

筆者課題組［35］通過簡單的溶液浸漬法在木材表面構(gòu)建具有可控微／納米結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷（PDMS）／SiO2雜化超疏水涂層，其中SiO2納米顆粒用于表面粗糙化，而低表面能PDMS 作為黏合劑將納米顆粒固定在木材表面。通過改變膜層中SiO2納米顆粒與PDMS 的質(zhì)量比可以調(diào)控膜層結(jié)構(gòu)形貌和疏水性能：當(dāng)膜層中SiO2納米顆粒含量較少時（PDMS 占主導(dǎo)地位），表面粗糙度較小，未達(dá)到超疏水狀態(tài)（水接觸角約140°）；當(dāng)SiO2／PDMS 質(zhì)量比為2 ∶1時獲得具有微／納米二元粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水涂層（水接觸角152°，滾動角10°）；如果膜層中SiO2納米顆粒含量過高則不能被PDMS 有效包覆，使得納米顆粒與木材基底結(jié)合力降低。PDMS／SiO2雜化超疏水涂層具有一定的機(jī)械穩(wěn)定性，經(jīng)砂紙反復(fù)磨擦后木材表面水接觸角仍然保持在150°左右，然而滾動角對機(jī)械磨損比較敏感（逐漸增至50°），接觸角滯后較大。經(jīng)砂紙反復(fù)磨擦后木材表面細(xì)胞壁凸起部分最先被磨損，暴露出下面親水性的木材基底，水滴會黏附在表面而不易滾動。

為了進(jìn)一步提高超疏水涂層機(jī)械穩(wěn)健性，Tu等［36］提出采用兩步法在木材表面構(gòu)建有機(jī)／無機(jī)復(fù)合超疏水涂層，首先在木材基底預(yù)置透明環(huán)氧樹脂底層以覆蓋木材表面天然微溝槽結(jié)構(gòu)，然后構(gòu)建SiO2／環(huán)氧樹脂／氟化硅烷（FAS）復(fù)合超疏水薄膜。獲得的超疏水木材表面具有精細(xì)的微／納米二元粗糙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)協(xié)同低表面能FAS，使得處理木材具有良好的疏水／疏油性能。超疏水木材經(jīng)砂紙反復(fù)磨擦后表面水接觸角和滾動角基本不變，超疏水性能保持穩(wěn)定，涂層中的微納米結(jié)構(gòu)及疏水物質(zhì)依然保留，表現(xiàn)出良好的機(jī)械耐磨性（圖1）。環(huán)氧樹脂由于粘結(jié)作用使得SiO2納米粒子與木材基底形成牢固的結(jié)合，這是超疏水涂層具有良好耐磨性能的關(guān)鍵因素。另外，通過多次浸漬涂膜處理的方式可以確保超疏水涂層具有足夠的厚度，這樣即使膜層最上面的疏水材料被磨損掉，下面新暴露出來的疏水材料依然具有相同的微觀結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成，從而確保有機(jī)／無機(jī)復(fù)合超疏水涂層具有持續(xù)、穩(wěn)定的超疏水性能。

圖1 砂紙磨擦對超疏水木材表面潤濕性能及其結(jié)構(gòu)形貌的影響［36］Fig.1 The influences of sandpaper abrasion on the water contact angle，sliding angle and surface morphology of the superhydrophobic wood （with and without primer coating）

3.3 具有自修復(fù)功能超疏水涂層的構(gòu)建

超疏水木材實(shí)際應(yīng)用過程往往會處于復(fù)雜的外界環(huán)境中，紫外線照射、高溫、高濕等環(huán)境因素以及機(jī)械磨損都可能引起超疏水涂層中低表面能組分的降解和損失，從而導(dǎo)致木材表面超疏水性能的降低或喪失。自然界中植物葉片（如荷葉、三葉草）具有獨(dú)特的自修復(fù)功能［37-39］，當(dāng)表面微觀結(jié)構(gòu)或疏水物質(zhì)受到破壞時，它們能夠通過自身的新陳代謝作用得以再生，從而恢復(fù)原有的超疏水性能。模仿植物葉片的這種再生能力，賦予超疏水木材表面自修復(fù)功能是延長其使用壽命的一種有效途徑?；谥苽涑杷砻娴膬蓚€基本條件，一般通過低表面能物質(zhì)的遷移和微納粗糙結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)超疏水性能的自修復(fù)［40］。

受自然界植物葉片自修復(fù)功能的啟發(fā)，Tu等［41］通過在木材表面預(yù)置聚二甲基硅氧烷（PDMS）底層，然后噴涂全氟烷基甲基丙烯酸共聚物（PMC）／納米二氧化鈦（TiO2）混合液，在木材表面成功構(gòu)建了可自修復(fù)和機(jī)械耐磨的有機(jī)／無機(jī)多功能超疏水涂層。超疏水木材具有優(yōu)良的疏水／疏油能力，對于表面張力大于30.1 mM／m 的液體，其接觸角保持在150°以上。在此超疏水涂層體系中，TiO2納米顆粒用于木材表面粗糙化，而低表面能的PMC 作為成膜劑和粘合劑將納米顆粒牢固地錨定在表面上，從而確保超疏水涂層的機(jī)械穩(wěn)定性；PDMS 作為備用疏水劑，一旦復(fù)合膜表面的疏水物質(zhì)PMC 被紫外線（UV）輻射降解暴露出親水性的TiO2納米顆粒，底層儲備的疏水物質(zhì)PDMS可以通過簡單的加熱處理遷移到表面，從而恢復(fù)其超疏水性能（圖2）。由于TiO2功能納米粒子的引入，超疏水涂層不僅能抗紫外線輻射，還具有光催化活性可以降解有機(jī)污染物。Jia 等［42］通過在木材表面組裝光催化材料氯氧化鉍（BiOCl）與全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）的復(fù)合物，成功構(gòu)建了具有可愈合自修復(fù)功能的超疏水涂層。低表面能物質(zhì)PFOTS 通過物理吸附或化學(xué)反應(yīng)部分儲存于木材基底或超疏水涂層孔隙中，當(dāng)木材表面疏水物質(zhì)流失可通過簡單的加熱處理使儲存的疏水物質(zhì)遷移到表面，從而恢復(fù)超疏水性能；甚至表面微納粗糙結(jié)構(gòu)被砂紙磨損或被刀片切割損傷，也可通過加熱處理使附近的超疏水涂層遷移到損傷處從而得以修復(fù)。此外，由于光催化材料BiOCl 的存在，超疏水表面具有良好的光催化性能，可以降解水中有機(jī)染料。賦予超疏水木材自修復(fù)功能是解決超疏水涂層耐久性差的一種有效手段，也是今后超疏水木材研究的方向之一。

圖2 以PDMS 為底層的PMC/TiO2 超疏水涂層的自修復(fù)機(jī)理［41］Fig.2 Self-healing mechanism of the PMC/TiO2 superhydrophobic coating with a PDMS base coat

3.4 仿豬籠草結(jié)構(gòu)光滑多孔表面的構(gòu)建

目前，超疏水木材制備主要是通過仿荷葉表面結(jié)構(gòu)賦予木材表面超疏水特性，而仿荷葉效應(yīng)構(gòu)建的超疏水表面仍存在壓力穩(wěn)定性差、抗物理損傷較差、疏油能力有限且難以自我修復(fù)等缺陷［43］。自然界中豬籠草依靠獨(dú)特的方式“捕捉”昆蟲，豬籠草表面可以形成一層潤滑水膜，使停留在上面的昆蟲滑進(jìn)底部的消化系統(tǒng)。受此啟發(fā)，哈佛大學(xué)Aizenberg 課題組首次提出注液光滑多孔表面（SLIPS）的概念，他們在粗糙的多孔基材表面通過灌注低表面能、化學(xué)惰性的全氟化合物（FC-70）潤滑液，構(gòu)建出一種仿豬籠草結(jié)構(gòu)光滑多孔表面［44］。SLIPS 具有全面疏液性能，能夠排斥各種液體，抗壓穩(wěn)定性好，能夠瞬間自修復(fù)，近年來已成為新材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。構(gòu)建SLIPS 一般需要遵循3 個原則：潤滑液與排斥液不能互溶；潤滑液與固體基材的化學(xué)親和力要高于排斥液與基材的親和力；固體表面必須具備納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)以提供足夠大的表面吸附和儲存潤滑液。

木材作為一種天然多孔材料，為構(gòu)建灌注潤滑液的光滑多孔表面創(chuàng)造了天然條件。基于“豬籠草效應(yīng)”仿生原理，Guo 等［45］通過調(diào)控晶體的成核與生長，在具有天然微溝槽結(jié)構(gòu)的木材表面原位生長ZnO 納米棒陣列，構(gòu)建納米級粗糙結(jié)構(gòu)；利用氟化硅烷修飾ZnO 納米棒獲得超疏水性能，然后向木材表面微納米結(jié)構(gòu)中注入全氟潤滑油，創(chuàng)制出可以排斥任意液體（水、乙二醇、十六烷等）的超疏液（疏水／疏油）木材。如圖3 所示，經(jīng)氟化硅烷修飾的超疏水木材雖然疏水性能良好（藍(lán)色水滴可以輕易滾動），但表面張力較低的十六烷（紅色液滴）依然可以滲透進(jìn)入表面納米粗糙結(jié)構(gòu)，液滴黏附于表面，而進(jìn)一步灌注低表面能潤滑液的木材表面既可疏水也能疏油。這種仿豬籠草結(jié)構(gòu)超疏水／疏油木材在防污、防霜、防覆冰、油水分離等方面具有良好的應(yīng)用前景。然而制備這種特殊的木材表面，一般需要使用昂貴的低表面能潤滑液，而且需要避免表面孔隙結(jié)構(gòu)中潤滑油的揮發(fā)和流失?？傮w而言，這種仿豬籠草結(jié)構(gòu)的光滑多孔木材表面克服了仿荷葉木材超疏水表面抗物理損傷較差、疏油能力有限且難以自我修復(fù)的缺陷，為構(gòu)建穩(wěn)健、耐久木材超疏水表面開辟了新的途徑，是未來研究的一個突破方向。

圖3 仿豬籠草結(jié)構(gòu)的超疏水/疏油木材［45］Fig.3 Nepenthes pitcher plant-inspired superhydrophobic and oleophobic wood surface

4 展 望

目前國內(nèi)外關(guān)于木材超疏水表面仿生構(gòu)建方面的研究比較活躍，并取得了較大進(jìn)展，然而相關(guān)研究更多側(cè)重于各種超疏水木材制備技術(shù)的發(fā)展以及多功能（疏水、阻燃、耐腐、磁性等）的實(shí)現(xiàn)，關(guān)于木材超疏水表面機(jī)械穩(wěn)定性和耐久性的研究報道相對較少。木材高強(qiáng)耐久超疏水表面主要是通過構(gòu)建有機(jī)／無機(jī)雜化超疏水涂層，賦予超疏水涂層自修復(fù)功能以及構(gòu)建仿豬籠草結(jié)構(gòu)的光滑多孔表面等途徑得以實(shí)現(xiàn)，然而相關(guān)研究還存在諸多問題有待解決。

1）現(xiàn)有的超疏水木材制備技術(shù)涉及的工藝方法較為復(fù)雜，且費(fèi)時費(fèi)力，通常要用到特殊且昂貴的疏水材料（如氟硅烷、長鏈有機(jī)硅烷），大部分方法仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，還不適合大面積超疏水木材的制備。因此需要選取相對廉價的原材料，發(fā)展簡單、高效的制備工藝，盡量采用直接涂飾或噴涂的方式獲得木材超疏水表面。

2）復(fù)雜的環(huán)境因素（紫外光照、高溫、油污等）會引起超疏水表面化學(xué)性質(zhì)的變化，從而導(dǎo)致木材表面超疏水性能的降低或喪失。模仿自然界植物葉片的再生能力，制備具有自修復(fù)功能的超疏水木材是改善超疏水涂層耐久性的一種有效手段。

3）仿荷葉效應(yīng)構(gòu)建的木材超疏水表面壓力穩(wěn)定性和抗物理損傷較差，易受到環(huán)境中油污或灰塵的影響，導(dǎo)致木材的疏水性能不斷下降甚至喪失。仿豬籠草結(jié)構(gòu)的木材光滑多孔表面具有全面疏液性能，能夠排斥各種液體，且抗壓穩(wěn)定性好，能夠瞬間自修復(fù)，可以克服仿荷葉超疏水表面的缺陷。

4）木材表面超疏水涂層應(yīng)具有良好的透明性，盡量保持木材天然的紋理和色澤。在構(gòu)建納米級粗糙結(jié)構(gòu)時要避免納米粒子的過度聚集（影響涂層透光性），以及避免使用有色的金屬或金屬氧化物（Ag、WO3等）。此外要考慮涂層疏水劑和納米材料的抗流失性以及生物毒性，評價它們對人類健康和環(huán)境的影響。

5）目前關(guān)于超疏水木材有效抵抗液體的研究較多，然而超疏水木材抵御水蒸氣的研究較少，需要深入探討超疏水木材在長期高濕度環(huán)境下的吸濕性和尺寸變形現(xiàn)象。