为超疏水表面"披上"铠甲

超疏水表面因其自清洁、低固-液黏附、保持干燥等多重功能特性,在生物技术、生物医学和传热传质等领域展现出了巨大的应用前景[1～5].水滴置放到超疏水表面时,将呈现出较大的静态接触角(＞150°)和较小的滚转角(＜10°).一般情况下,实现超疏水性需要结合低表面能和微/纳米粗糙结构截留空气并托起液滴,实现Cassie-Baxter态的同时创造低的固-液接触.然而,在外部机械载荷下,表面结构会产生很高的局部压强,使其极度脆弱,易被磨损.此外,磨损导致本体材料暴露,表面由疏水变为亲水,引起超疏水性失效[6].长期以来,人们认为表面的机械稳定性和超疏水性是两个相互排斥的性质,正所谓"鱼和熊掌不可兼得".针对上述问题,我们在表面构造两种不同尺度的结构来实现其机械性能的提升,其中纳米结构提供排斥液体的功能,而微结构则用于保证表面的机械稳定性.微结构由类似于"口袋"的倒多棱锥为结构单元组成的阵列,构成一个相互连接的框架提供"铠甲"的作用,从而避免"口袋"内超疏水但机械性能较差的纳米结构遭受磨损.我们将这一策略应用到硅、陶瓷、金属和透明玻璃等各类基底,即使在砂纸和不锈钢刀片磨损后,表面仍能维持优异的超疏水性.结果还表明,拥有超强机械稳定性且高透光率的自清洁玻璃有助于解决因灰尘污染引起太阳能电池效率下降的问题.我们的设计策略对于在恶劣环境中需保持高效的自清洁、生物防污或强化传热传质等性能的材料开发意义重大,该研究成果发表于Nature[7].