一般将水接触角超过150° 和滚动角低于10° 的表面称为超疏水表面[1]。自1990年以来，受自然界中动植物（例如荷叶、昆虫的腿和翅膀、动物的羽毛表面）的启发，超疏水表面被成功合成。目前，针对溢油清理、防覆冰、流体屏蔽和流体减阻，尤其是金属防腐蚀等，制备出一系列功能性的超疏水表面[2,3,4]。超疏水涂层成为最具有潜质的腐蚀防护方式，因其微纳米结构可以储存大量的空气，大大减少了腐蚀液与表面的接触面积，从而具备良好的防腐蚀性能。超疏水涂层除了固有的防腐蚀作用，还具有高的拒液性，以及自清洁、防覆冰、防污和自愈性等优势，能有效地保护金属不被周围环境腐蚀，从而延长其使用寿命。以下主要从功能化超疏水表面的构筑，功能性超疏水表面在金属防护中的应用，及其面临的挑战和今后的研究方向进行了展望。

一、功能化超疏水表面

为了满足柔性电子、人工智能、快速融冰融雪等新兴领域的需求[5]，已成功开发出具有特殊功能化润湿性的人工界面，包括透明性、自修复、磁性、浸润性转化和耐久性等超疏水表面。用于超疏水表面通常需满足两个条件之一，即固有的疏水性或与低表面能分子的足够反应性。所以，疏水材料（有机硅、聚丙烯、碳纳米管等）、疏水改性剂（氟烷基硅烷、烷基硫醇、烷基羧酸等）和活性底物（金属、金属氧化物、聚合物等）被广泛应用于制备超疏水表面[6]。

1.1透明超疏水表面

透明超疏水材料由于其表面的微粗糙结构和拒水性，被用于镜片、挡风玻璃、门窗、太阳能电池及精密金属仪器的防护等[7,8,9]。微/纳米尺度的层次结构是实现超疏水性所必需的条件[10,11]，由于粗糙度的不同，导致光散射程度也有所不同，因此可以通过控制材料表面的微粗糙程度和厚度，来控制表面的透明度[12]。Cheng等[13]采用一种嵌段共聚物（BCP）自组装技术，通过控制聚苯乙烯嵌段-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物薄膜的旋涂、退火和蚀刻的迭代周期和层序，构建了具有多纳米级层级和多尺度结构的机械坚固的透明超疏水表面。该薄膜表面静态接触角可达155° ，在可见光波长范围内的平均透射率为92.36%，且具有高机械鲁棒性。Zhu等[14]以聚二甲基硅氧烷（PDMS）低表面能效应和P25 TiO2协同的分层纳米复合材料，构建出接触角高达168°的超疏水薄膜，涂层浸入酸碱溶液后具有76% 透光率，对高速水射流和胶带剥离实验进行30次循环后，仍具有高的机械强度和化学稳定性。目前报道的透明超疏水表面具有较高的透光率，同时也兼顾了高机械强度等条件，但制备工艺复杂，不利于大规模的开发和生产。

1.2自修复性超疏水表面

在实际应用过程中，超疏水表面存在耐用性差和寿命短等问题。自我修复是一个很好的解决策略，可增加超疏水表面的弹性和寿命，提高其耐久性[15,16,17]。Ge等[18]将PDMS渗透到棉纤维当中，由于棉织物表面强大的约束力，增强的微尺度凹槽结构结合低表面能赋予超亲水表面以优良的自洁性、防污性和超疏水性，水接触角高达155°。由于自扩散过程驱动的智能自愈特性，可延长织物在使用整个过程中的寿命。Zhang等[19]开发了一种通过微纳米处理的基于水性溶液的耐久超疏水疏油涂层，采用氧化铝颗粒来构建粗糙的微观结构，氟表面活性剂和氟化烷基硅烷（FAS）被用作低表面能材料，制备的超疏水和疏油表面同时表现出良好的自愈性能。自愈性能的关键是，随着加热，氟烷基迁移到膜表面，从而恢复涂层的疏水性。但氟化处理对环境和人类健康存在潜在威胁。因此，非氟化超疏水表面成为迫切需要。Lu等[20]引入一种新颖且环保的方法，构建出非氟化柔性超疏水表面。通过在PDMS基板上沉积锌薄膜，得到的Zn/PDMS表面具有迷宫状皱纹，可提供足够的气穴来形成稳定的超疏水性，静态接触角高达168.5°，滚动角低至0°。实现自修复功能的途径有以下两种：第一，通过构建疏水成分制备自修复超疏水表面；第二，通过材料表面再生特性制备自修复超疏水表面。前者因为复杂的微/纳米纹理结构容易因机械变形而损坏，而后者是通过材料本身的特性来实现再生性自修复功能，具有长期有效性。值得注意的是，要尽量保持超疏水表面的低自由能状态。

1.3浸润性转换超疏水表面

随着工业的发展，传统的单一润湿性超疏水表面已无法满足复杂的应用要求。近年来，功能性智能表面，在外界刺激下能实现可切换的润湿性功能，成为基础研究和工业应用的焦点[21,22]。根据外界刺激的不同，功能智能表面分为以下几类：光敏响应表面、磁响应表面、pH响应表面和激光诱导性响应表面等。Gao等[23]在泡沫金属上喷涂由硬脂酸改性的TiO2与石墨烯复合制得一种可切换润湿性的多功能石墨烯复合涂层(MGCC)，可以在紫外光照射下实现可逆的润湿性转变。此外，该涂层可显著提高金属表面的耐腐蚀性。陈逢军等[24]利用静电气喷法将微米级羰基铁粉和PDMS混合喷涂到置于磁场中的基底，热固化后构建出磁响应超疏水表面，以实现微流控液滴传输与驱动应用。喷涂纳米碳粉可以获得微纳米复合结构从而显著提升表面的疏水性和降低表面的黏附性。Wang等[25]采用同轴静电纺丝法合成了以聚丙烯腈为外壳，以单宁酸（TA）和桐油为核心愈合剂的核壳型静电纺纳米纤维，其具有pH敏感能力。TA分子通过在裸露的金属表面形成一层保护膜在酸性条件下吸附。TA作为酸性修复剂、桐油作为碱性修复剂在修复破裂涂层中同时起到了pH敏感产品的作用。浸入3.5wt%酸性NaCl溶液和碱性溶液的涂层自愈率分别为81.6%和71.2%。这些具有动态可控微结构的可切换浸润性表面是由单一刺激触发，同时大多数过程涉及相对复杂的制备工艺，调控成本高、耗费时间久，且要求表面具备可逆开关的能力，阻碍了其大规模制造和复杂实际条件下的广泛应用，例如油滴的多刺激响应传输。因此，需要构建响应多种刺激的表面形态，以适应在不同环境下大范围的可逆性润湿表面的转化。

1.4耐久性超疏水表面

目前已经开发了各种各样的制造技术来制备具有所需特征和功能的超疏水表面，以满足各种应用中的具体要求[26,27,28]。然而，大多数超疏水涂层缺乏机械稳定性和机械损伤后的拒液性。例如，涂层的微观结构可以很容易地被不同类型的机械化学损伤破坏，例如胶带剥离、刀划、砂纸磨损和等离子处理[29]。这些缺点严重阻碍了它们的实际应用。可以通过提高材料的高机械强度和稳健性来改善超疏水涂层的耐久性。Zhou等[30]采用一步法制备一种含有环烯烃共聚物 (COC)、氟化烷基硅烷 (FAS) 和聚四氟乙烯 (PTFE) 的超耐久性超疏水涂层，该涂层与液体自排斥性相结合，同时实现超强性能。其表现出优异的耐受性，例如反复洗涤、磨损、沸水、强烈的紫外线照射、极高温和低温。它还显示出物理/化学损伤的自愈能力。此外，这种自我排斥功能适用于许多不同的强酸、强碱等水性液体。Zhang等[31]通过一种简便的氟化物喷涂方法，制备了对水和低表面张力液体具有极高接触角和低接触角滞后的超疏水表面，含氟多壁碳纳米管（F-MWCNTs）的随机积累和喷涂过程中溶剂的蒸发产生了适当的表面粗糙度和微丘状结构。其与水和十六烷的表面静态接触角分别达到172.4? 和163.0?，滑动角分别为1.2? 和4.3?。该涂层在40次磨损循环后仍保持良好的超疏水性，无论是浸入油中还是暴露在空气中，表面均具有强大的自洁性能、出色的耐磨性，以及对不同基材的抗腐蚀能力。实现耐久性超疏水材料的途径包括结构设计、化学键合、界面强化疏水材料和基材，以及自愈等。其中结构设计可分为设计微/纳米层结构和构建自相似结构。微/纳米层状结构中的微结构可以发挥保护纳米结构的作用，而自相似结构意味着整体材料表现出相似的结构和从上到下的润湿性，即使表面层被损坏或去除，重新暴露的表面仍然表现出与表面层相似的防水性。化学键合包括交联、共价键和络合，可实现底物的牢固结合，通过化学反应得到疏水材料。对基材的界面强化，是通过在基材和疏水材料之间产生强粘附力来抵抗施加载荷的损坏，可以通过应用聚合物基或无机粘合剂来实现。自愈超疏水材料可进一步划分为微结构再生和迁移的材料低表面能，在消除超疏水性后，可通过主动或外部刺激实现疏水性的可逆转换。

二、超疏水表面在金属防护中的应用

2.1超疏水表面在镁基表面的应用

镁合金具有高导热、低热膨胀和高阻尼能力，以及优良的电磁屏蔽和机械加工性[32]，被广泛使用于汽车、航空航天、电子等行业。镁及其合金表面活性高，易在潮湿环境中降解或含氯化物介质对其表面造成腐蚀性威胁[33,34]。Jiang等[35]以微弧氧化（MAO）层作为过渡层直接在镁合金（AZ91D）表面制备锌基金属有机骨架复合涂层。电化学测试表明，超疏水复合涂层极大增强了AZ91D的耐腐蚀性，腐蚀电流密度从10-5降低到10-9A/cm2。Zhang等[36]采用十八烷基三苯鏻双（三氟甲基磺酰基）酰胺[OTP][NTf2]掺入MAO涂层的孔隙中，制备了一种新型防腐复合涂层，其浸泡在3.5wt% NaCl溶液中80d后仍保持优异的耐腐蚀性，并表现出一定的自行修复能力。Yin等[37]将咪唑骨架（ZIF-8）粉末分散在含有不同量1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)的PVDF溶液中，通过电沉积工艺沉积在Zn-Al LDH过渡层过渡结构的表面，制得超疏水ZIF-8/PVDF/LDH (SZPL)表面。电化学测试表明，SZPL涂层大大提高了镁合金的腐蚀防护能力。主要是由于LDH过渡层的协同效应阻碍了侵蚀性离子的传输，顶部超疏水ZIF-8基涂层则减少了基材与腐蚀性溶液的接触面积。此外，超疏水SZPL基涂层可以在3.5wt% NaCl溶液中浸泡7d后仍具有优异的防腐性能，可延长对镁金属的保护效果。

2.2超疏水表面在铜基表面的应用

2.3超疏水表面在钢基表面的应用

钢材因具有生产工艺简单和价格相对低廉而被广泛应用。然而，碳钢表面的高电化学活性使得其在大气环境中易发生腐蚀[44]。Chen等[45]成功制备了全氟辛酸掺杂的聚苯胺（PFOA/PANI）聚合纳米复合涂层，并将其应用在Q215碳钢表面。PFOA/PANI纳米粒子在乙醇中表现出较高的疏水性和良好的分散性，可均匀分布在环氧树脂（EP）涂料中，提高其对腐蚀性介质的抗渗透效率。该涂层在3.5wt% NaCl溶液中浸泡9d后，阻抗模量为6×108Ω·cm2 ，比较各涂层的阻抗模量，PFOA/ PANI/EP涂层> EP涂层?裸Q215钢，表明 PFOA/PANI/EP涂层具有良好的耐腐蚀性。Wu等[46]通过原位还原将石墨烯包覆在铝粉上（G/Al），然后通过低压冷喷涂法将G/Al与锌粉共沉积在低碳钢上，制备得到Zn-G/Al 复合涂层。电化学测试表明，在3.5%wt NaCl溶液中，G/Al 含量为0.2%的Zn-G/Al 的腐蚀电流密度达8.21.2×10-2A/cm2。石墨烯的均匀分布和显著的导电特性赋予Zn-G/Al 涂层增强的阴极性能保护。对于划伤的涂层，涂层中的石墨烯会增加涂层与碳钢之间的电位差，促进涂层的腐蚀，但之后迅速形成具有防腐性能的腐蚀产物填充在划伤的零件上，防止涂层进一步腐蚀。即，Zn-G/Al 涂层具有增强的自愈性表现。赵亚梅等[47]以微晶蜡强化的环氧树脂基自修复涂层(SMEP)为底层，以超疏水材料PDMS@ZnO@SiO2(PZS)为表层，基于双层设计制备了一种具有持久防腐性能的自修复超疏水涂层SMEP/PZS。该涂层有较快的自修复能力，将机械模拟的受损涂层于 85℃下在20min较短时间内进行修复，其最佳机械划痕由45μm缩小至1.0μm，修复率达97.8%；将修复后的该涂层置于3.5wt%NaCl溶液中浸泡14d后，其耐腐蚀性接近于原始涂层。SMEP/PZS涂层涂覆在不锈钢基底上，在3.5wt%NaCl溶液中所测点蚀电位与裸不锈钢的相比正移近10倍，维钝电流密度I下降2个数量级，表现出优良的持久防腐与保护功能。

三、结论

超疏水材料作为金属防护的有效方式，在延长金属或合金使用寿命方面有着很好的应用研究前景。今后，其将呈现以下发展趋势：

（1）调整超疏水材料的结构并增强其在基材上的附着力，以提高稳定性和耐用性，并结合弹性或柔软材料来增强涂层对基材的粘附性；

（2）用更环保的技术和材料取代含氟化合物和有毒有机溶剂；

（3）开发自我修复的功能性超疏水表面，与机械耐久性结合，以延长涂层的使用寿命。

四、梦能服务与支持

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3、服务团队

梦能对技术服务团队始终进行一系列的标准化管理，从专业培训到日常报告的管理都有一整套完善的体系。梦能公司每年都会对技术服务人员进行定期的技术培训和能力审计，以使每一位技术服务人员保持高水准的专业素质，每一位技术服务人员都配备先进的涂装检验仪器，仪器设备均按规定的时间期限进行定期校验，以保证每套仪器设备工作状况良好。

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