自修复超疏水涂层材料研究进展.docxVIP

超疏水材料是研究者们根据荷叶、玫瑰花瓣以及其他动植物的自清洁效应，对其表面微观结构进行研究后制备得到的一种仿生材料。

材料的亲疏水性受材料浸润性的影响，当材料表面与水的接触角（CA）大于150°，滚动角（SA）小于10°时，把这类材料称为超疏水材料。超疏水材料被广泛应用于金属防腐、自清洁以及油水分离等领域。

根据固体表面微观结构以及表面自由能对固体表面浸润性的影响可知，超疏水材料的制备可通过在材料表面构建粗糙结构以及用低表面能物质修饰材料表面这两种途径来实现。

由于单一的低表面能物质修饰材料表面只能使水滴在材料表面的接触角达到120°，而无法达到超疏水的效果，所以表面粗糙度的引入十分必要。一般是通过在材料表面引入粗糙度，然后再加入低表面能物质进行修饰，从而得到超疏水材料。

超疏水材料的制备方法有模板法、刻蚀法、喷涂法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法等，各类制备方法的优缺点比较见表1。

表1超疏水材料的制备方法及优缺点

在物理磨损和化学腐蚀的情况下，普通的超疏水材料很容易丧失超疏水性能，从而影响其正常使用。为了提高超疏水材料的耐久性和稳定性，一些科研工作者受自修复材料的启发，将自修复性引入到超疏水材料的结构中从而制得能够重复使用的自修复超疏水材料。

自修复超疏水材料根据修复机理可以分为两种，一种是外援型自修复超疏水材料，另一种是本征型自修复超疏水材料。

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外援型自修复超疏水涂层材料

外援型自修复超疏水涂层材料可以修复超疏水涂层材料表面的损伤，是通过微胶囊、液体纤维、自相似结构等方法将修复剂（低表面能物质）储存在超疏水材料内部。

当材料表面受到破坏时，可以通过改变光照、温度、pH等条件进行刺激，使得材料内部的修复剂释放出来，向材料的受损部位进行迁移，从而使受损表面进行愈合，材料恢复超疏水性能。

将这三种外援型自修复方法从环保程度、修复速度和使用寿命进行对比，优缺点如图1所示。

图1外援型自修复方法优缺点的对比

可以看出，微胶囊法的修复速度最快，但自相似结构法的环保程度和耐久性均是最优，这主要是因为微胶囊法和液体纤维法在“破坏-修复”循环数次后修复剂会被释放完，材料将丧失自修复能力。

而自相似结构法制备的超疏水自修复材料，其表面和内部具有相同的疏水成分与结构，表面破坏后可通过摩擦或分解暴露粗糙结构来实现修复过程，从而延长使用寿命。

No.1

微胶囊法

微胶囊法是将修复剂储存于由树脂或多巴胺构筑的智能胶囊内，当超疏水材料表面受损时，可以通过特定的刺激使胶囊内部的修复剂释放出来并向受损表面进行迁移，从而使材料表面得到修复。微胶囊法操作简单，且使用广泛。

●将近红外响应的碳纳米颗粒、疏水性二氧化硅纳米颗粒和水性有机硅乳液共混后制备了一种紫外/近红外光双重响应性的自修复超疏水涂层。紫外响应的微胶囊是通过静电作用将带有负电荷的二氧化钛纳米颗粒吸附于带正电荷的微胶囊表面。在紫外响应的微胶囊涂层表面可持续释放全氟辛基三乙氧基硅烷（FAS-13）使得该材料的自愈合过程可以重复很多次。微胶囊表面可在紫外线辐射下被TiO2纳米粒子降解，或在近红外辐射下被碳纳米粒子的光热效应熔化，释放FAS-13，近红外辐照后，涂层可在8分钟内愈合，并且该涂层经过不同污染源破坏再经紫外光照射修复循环后仍具有超疏水性，如图2所示。

图2超疏水涂层膜在(a)油酸污染、(b)SDS污染、(c)CTAB污染、(d)TritonX-100污染下通过紫外线照射的破坏-自愈合循环

●通过原位聚合和溶胶-凝胶表面处理，在微胶囊表面自发形成了具有纳米到微米尺度层次结构的超疏水/超亲油表面。

合成的微胶囊具有优异的抗紫外线和耐溶剂超疏水性。经过9天的紫外老化试验或20天的非极性和极性非质子溶剂浸泡试验微胶囊涂层的水接触角保持在160°以上，滑动角低于3°。

而且这些微胶囊可以有效地将油相从水乳液中分离出来，即使经过13天的紫外老化，经过10次过滤后，油的纯度也超过90%，达到了高可重复使用的分离效率。

因此，这些新型微胶囊将表现出有效的油水分离性能、优异的化学稳定性、优异的可重复使用性和长期存储稳定性，具有广阔的实际应用前景。

No.2

液体纤维法

液体纤维修复是将液体纤维埋植于复合材料中，在液体纤维中封装修复剂，在材料破损时液体纤维发生断裂，从纤维中流出的修复剂可以粘接裂纹或与材料中的催化剂发生反应而修复裂纹。液体纤维法制备的超疏水自修复材料会随着修复剂的不断使用，自修复能力逐渐减小，当修复剂使用完，材料将丧失自修复能力。●在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基质中注入三氯丙基硅烷（TCPS）和低粘度硅油自愈剂（SO）两种类型的液体。TCPS与环境水分反应，在表面和低粘度硅油自组装成草状微纤维（称为硅微/纳米草）SO保留在PDMS矩阵中并充当自愈剂。PDMS表面的硅微/纳米草结构和PDM