超疏水表面因其在自清洁、防腐、防冰、防雾和油水分离等领域的应用潜力吸引了广泛的关注，但其机械性能差等缺陷极大地限制了其在户外环境中的实际应用。除了机械坚固性外，提高超疏水表面的环境耐久性对大规模应用也很重要。在户外暴露条件下，光化学降解和风化作用等环境因素对涂层材料的超疏水性能有很大影响。因此，要大规模、低成本制造和应用超疏水表面，同时在户外暴露条件下保持良好的超疏水性、机械稳定性和耐候性仍然极具挑战性。
最近，华南理工大学叶代启教授课题组通过调控工业罩光漆与超疏水二氧化硅颗粒的比例实现了具有珊瑚礁状结构的超疏水涂层（CSCV-6.4）的低成本和可扩展的制备，从实验室制备拓展到工业生产，并从能量和动力学性质的角度加深了对所制备的复合超疏水涂层表面抗润湿机理的认识。这项研究工作通过快速老化实验(3000 h)和室外建筑(3000 m2)工程应用实验表明，喷涂的超疏水涂料具有优异的自清洁性能、耐候性和环境适应性。此外，将CSCV-6.4超疏水涂层浸涂在聚氨酯超疏水海绵（CSCP）上实现了出色的油水分离能力，其可选择性地从水中吸收高达其自重39倍的油。该项研究工作还从能量和动力学性质的角度加深了对超疏水表面抗润湿机理的认识，作者通过分子动力学模拟表明，较高的表面粗糙度、较小的水分子扩散系数以及水与表面之间较弱的静电相互作用共同导致了所制备涂层的超疏水性。该项研究工作为超疏水材料的合理设计及其大规模应用提供了参考。
图1。a) CSCV涂层及CSCP海绵的制备示意图；b)罩光漆含量对润湿性和附着力的影响；c) 超疏水图示；不同涂层的SEM图：d)罩光漆涂层，e) CSCV-0.0，f) CSCV-4.3，g) CSCV-6.4，h) CSCV-10.2，i) CSCV-15.4。
图2，AFM图。a-c)罩光漆、d-f) CSCV-6.4、g-i)超疏水二氧化硅纳米颗粒的表面高度图，3D高度图，对角线位置的高度分布图。
图3。化学成分：a) FTIR光谱；b)XPS光谱，以及 C 1s和O 1s谱峰：c，f）罩光漆；d，g）CSCV-6.4涂层和e，h）超疏水二氧化硅纳米颗粒。
图4。CSCV-6.4涂层的耐磨性和化学稳健性。a)砂纸磨损试验；b-f)涂层磨损前后的SEM图和疏水性能；g) CSCV-6.4涂层耐磨性机理示意图；CSCV-6.4涂层不同条件下的抗性：h) pH试验；i)含盐量试验和j)老化试验。
图5。CSCV-6.4涂层的自清洁特性：a)对多种液体的超疏水性；b)CSCV-6.4涂覆在大块金属表面；c)水滴在涂覆曲面上弹跳；d)自清洁过程。
图6。CSCV-6.4涂层的大规模制备与应用：a)实验室制备；b)大规模生产；c) CSCV-6.4涂层悬浮液；d)户外建筑工程项目；e)润湿性能比较；f)耐候性。
图7。a)原始海绵与CSCP海绵对比图；b-d)SEM图和EDX图；e)吸收轻质油过程；f)吸收重油过程；g)油水分离过程；h) CSCP海绵对不同油和有机溶剂的吸收能力；i)循环性能。
图8。不同体系中纳米水簇的分子动力学模拟：a，b) CSCV-6.4涂层的表面化学组成和表面分子模型；c-d) CV-H2O-air和 CSCV-H2O-air模拟体系中水分子的分布；e)不同体系间的扩散系数和相互作用能；f) CV-H2O-air系统在不同时间的动态模拟过程；g) CSCV-H2O-air系统在不同时间的动态模拟过程。
该论文通讯作者为华南理工大学环境与能源学院叶代启教授。这项研究得到广州市科技计划项目(202002020020)和广东省绿色化工产品技术重点实验室项目(GC202111)的支持。
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