全球?qū)δ茉聪摹h(huán)境污染以及可持續(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，推動(dòng)了學(xué)術(shù)界對先進(jìn)表面工程解決方案的深入研究，并促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的開發(fā)與創(chuàng)新。當(dāng)前，超浸潤材料技術(shù)的發(fā)展主要圍繞三種關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：賦予超疏水性的微/納米分層結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)超疏油性的凹角特征結(jié)構(gòu)，以及達(dá)到超全疏性的雙重凹角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略已成功應(yīng)用于新型環(huán)保材料的開發(fā)。近期研究表明，環(huán)境友好型表面材料取得了顯著進(jìn)展，這些技術(shù)進(jìn)步通過減少資源消耗、提升能源效率和降低化學(xué)污染等多重途徑，為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。然而，該領(lǐng)域仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如長期耐久性不足、成本效益化難度較大，以及對環(huán)境影響的理解尚不全面等問題。因此，在開發(fā)下一代超浸潤材料過程時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注性能優(yōu)化與環(huán)境考量之間的平衡具有重要意義。
圖 9. 多功能海洋防護(hù)表面（II）：（a）用于泰勒-庫埃（Taylor-Couette）系統(tǒng)的超疏水表面；（b）聚氨酯（PU）與多尺度顆粒水下自修復(fù)超疏水涂層；（c）金字塔形超疏水表面；（d）防冰和減阻應(yīng)用的納米復(fù)合材料（NMAD）表面。
超浸潤納米材料以其獨(dú)特的極端潤濕特性，成為了材料科學(xué)、表面工程和環(huán)境技術(shù)交叉領(lǐng)域中一個(gè)快速發(fā)展的研究熱點(diǎn)，并在節(jié)能紡織品、智能窗戶及海洋防護(hù)涂層等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。例如，無氟超疏水和超雙疏織物的開發(fā)顯著降低了洗滌與維護(hù)過程中的水耗與能耗，同時(shí)賦予材料自清潔、油水分離等多功能特性，延長了使用壽命并減少了資源浪費(fèi)；具有可切換潤濕性的智能窗戶能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)光線與熱量透過率，優(yōu)化建筑能效，降低空調(diào)與供暖系統(tǒng)的能源需求，為綠色建筑提供了創(chuàng)新解決方案；而超浸潤表面在船舶和海洋設(shè)備上的應(yīng)用則有效減少了阻力與生物污損，從而降低燃料消耗和化學(xué)防腐劑的使用，減輕了對海洋生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響。這些應(yīng)用通過資源節(jié)約、能效提升與污染控制等多重途徑，為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供了重要支持。然而，該領(lǐng)域仍面臨顯著的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。盡管當(dāng)前研究聚焦于提升超浸潤表面的機(jī)械、化學(xué)與熱耐久性，但其環(huán)境影響往往被忽視，尤其是耐久性液體排斥材料的分解和回收問題尚未得到有效解決，其廢棄物可能在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中引發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
基于此，本文在對現(xiàn)狀的分析與環(huán)境可持續(xù)性考量下，提出了未來研究的重點(diǎn)方向：
1.設(shè)計(jì)智能制造工藝：在制造耐久性超浸潤表面時(shí)，可引入“阿喀琉斯之踵”（Achilles heel）設(shè)計(jì)理念，以實(shí)現(xiàn)材料的可控回收。例如，通過將疏水納米顆粒整合到可被酸分解的聚六氫三嗪（PHT）中，開發(fā)耐用的超疏水復(fù)合材料。該復(fù)合材料在疏水納米顆粒的保護(hù)下即使暴露于酸時(shí)仍能具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，而通過乙醇預(yù)潤濕與酸處理，可實(shí)現(xiàn)材料的高效回收。
2.優(yōu)化制造工藝：推廣新型超浸潤表面制造工藝，以最大限度地降低能源消耗、二氧化碳及揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放。結(jié)合人工智能技術(shù)與生命周期評估方法，可進(jìn)一步優(yōu)化工藝的環(huán)境效益。
3.開發(fā)更安全的化學(xué)替代品：目前，全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）因其優(yōu)異的液體排斥性而被廣泛用于紡織、地毯和涂料行業(yè)，但其高毒性對生態(tài)環(huán)境與人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，如致癌、免疫系統(tǒng)破壞及生殖問題等。因此，建議采用C-H化合物替代C-F化合物以降低表面能。盡管C-H化合物的疏水性通常低于C-F化合物，但通過開發(fā)新型表面微/納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，有望在空氣介導(dǎo)的液體排斥表面制造中實(shí)現(xiàn)高效應(yīng)用。
原文鏈接：
Meng, S., Lu, Y. Superwettable Nanomaterials: Fabrication, Application, and Environmental Impact. ACS nano. 2025.
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17420
