近年来，超疏水涂层受到了人们关注，它能够赋予材料表面独特的自清洁、抗污染等特性，因此在工业生产和生活中已获得广泛的应用。

超疏水涂层之所以可以滴水不沾，是因为表面的微-纳复合阶层结构使它与水的接触面积非常有限，因此与水的化学反应和化学键结合都受到抑制，当这种涂层表面有液滴滚动时，污染物就很容易被带走。

通过扫描电子显微镜(SEM)观察可知，这种微-纳复合阶层结构主要是指表面均匀分布着微米级突起，同时这些突起周围还会分散着纳米级二次结构。虽然看似神奇，但这类特殊的凹凸设计在自然界中并不罕见——比如说荷叶的表面就是典型的疏水结构（如下图）。

不过荷叶的组成都是碳基物质，对于玻璃等无机材料，要想在现实实验中获得相似的疏水效果，目前的方法中均需借助含碳、氟等元素的物质与之结合，形成具有微米-纳米二级粗糙结构的有机-无机杂化涂层。

二氧化硅在疏水涂层中起到的作用

为了实现超疏水，可以制备兼具低表面能和粗糙结构的基于改性SiO₂溶胶的单层/多层复合膜。SiO₂膜具有耐高温、抗腐蚀、机械强度大、易清洗等优点，在工业中有着广泛的应用前景。在超疏水膜中，SiO₂既可以作为薄膜的主要成分，也可以作为填充剂以SiO₂颗粒状态存在，参与形成粗糙结构。

1.共前驱体合成改性SiO₂溶胶一步涂膜法

应用溶胶-凝胶技术，以烷基或烷氧基硅烷为基础前驱体，添加一定比例的可以修饰成膜物质表面结构和功能的共前驱体，得到改性SiO2溶胶，涂覆在玻璃基底上，经凝胶和热处理后得到具有一定粗糙结构的单层超疏水复合膜。

例：Wang、Latthe以及Xu等研究者均以TEOS为基础，分别合成了不同共前驱体和反应条件下的改性SiO₂溶胶，并制备了玻璃基底的透明超疏水薄膜。上述研究制备的超疏水膜形貌多为纳米多孔结构，但是孔径大小和分布有所差别，其中Wang等制备的膜面含有20~60nm的孔穴（图a），数量较少；而Latthe改性SiO₂得到的薄膜样品多孔，结构密布均匀，孔径范围在250~300nm（图b）。

2.表面改性法制备多层结构超疏水膜

不同于上述用改性溶胶一步法制备超疏水膜层，在表面改性法中，通过分步制备超疏水表面。首先通过溶胶-凝胶工艺制备具有一定粗糙结构的SiO₂膜，然后在其表面引入疏水基团。表面改性不仅包括改变膜层的表面能，也包括改造表面几何结构。

例：Rao等研究了三甲基氯硅烷（TMCS）对SiO₂膜的疏水改性，所得薄膜表面呈火山口状形貌，孔尺寸范围为2~5μm。此外，该研究组分别采用二甲基氯硅烷（DMCS）和TMCS对SiO₂薄膜进行了表面改性的比较实验，结果显示，TMCS改性的薄膜具有更高的接触角（162°）。这是因为其表面更粗糙，表面改性即Si─CH₃替代了Si─OH的过程，相比TMCS，DMCS不能全部覆盖并取代薄膜表面的羟基。

3.添加SiO₂颗粒引入粗糙结构的超疏水膜

在镀膜液中添加SiO₂颗粒也是常用的制备超疏水膜的方法。纳米SiO₂颗粒因易于团聚形成亚微米尺度的聚集体，形成所谓类覆盆子状（RB-like）的颗粒，具有二重粗糙结构，非常适合作为镀膜液的填充剂，引入粗糙结构，制备超疏水表面。Liu等介绍了一种简单的制备RB-like颗粒的方法，只需将氟硅烷在醇溶液中水解、缩聚为疏水性的SiO₂颗粒，添加在SiO₂溶胶中，就可以制备超疏水膜，省略了表面改性的步骤，不足的是薄膜表面有较多微裂纹（图a）。

Basu等比较了疏水改性的SiO₂纳米颗粒分别分散在酸性催化的四乙氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷中制备的薄膜表面形貌，前者具有微裂纹，而后者没有，且疏水性都随着SiO₂的增加而增大。FSEM显示，表面具有微米-纳米二元结构，微米尺度的凹凸结构上具有纳米小球凸起（图b）。

总结

随着相关技术的持续发展和进步，超疏水表面材料的机械稳定性、抗磨损性、自愈性等都在不断优化，对资源的可持续发展的贡献也在逐年上升。凭借抗污染、自清洁、防积雪结冰，防氧化、抗腐蚀等界面性质，超疏水涂层超疏水涂层已在很多场合发挥作用，如手机面板、汽车挡风玻璃、太阳能电池盖板、卫星天线、建筑玻璃幕墙等领域——而作为超疏水涂层组成中的重要部分，用于构建粗糙结构的SiO₂粒子当然也要具备优异的性能才行。

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资料来源：

玻璃表面二氧化硅基超疏水膜的研究进展，鲍田，王东。

二氧化硅基超疏水涂层的研究，王岚。

二氧化硅纳米颗粒/硅树脂复合超疏水功能涂层的制备和性能研究，王东，贺军辉，刘红缨。

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