长期以来，超疏液表面（尤其是超疏油表面）的构建往往依赖于含氟化合物，这类物质不仅具有较强的生物累积性，还会对生态环境和人体健康构成威胁，含氟化合物的使用已在纺织行业面临日益严格的限禁措施。当前，利用无氟化合物进行超疏液（低表面能极性及非极性液体）表面功能整理，仍是一项亟待突破的重大挑战。自然界中弹尾虫表皮便一个典型超疏液表面实例，在长期的进化过程中其表皮逐渐形成了一种具有由蘑菇状纳米结构和微米级沟槽组成的多级结构，这种特殊结构使弹尾虫的表皮具有优异的液体排斥性。
近期，青岛大学周华、牛海涛教授与香港理工大学王训该教授合作在Small上发表了题为“A cavitated-ridged reentrant coating system for fabrication of robust, fluorine-free superomniphobic surfaces”的研究成果。研究者以弹尾虫表皮独特的多级结构为设计灵感，提出一种浸涂及汽育（water-vapor incubation）结合的制备策略，采用十八烷基三氯硅烷（OTS），在基材表面构建具有微米级脊状和纳米级空腔的多级重入结构，并结合低表面能化学性质，在多种基材表面成功实现无氟超疏液涂层整理。如图1所示，处理后的涤纶织物对水及多种低表面张力的极性和非极性液体（如食用油、甲醇溶液、甘油、乙二醇、二甲基亚砜等）均表现出稳定的超疏液特性，表面接触角均超过150°。此制备策略兼具简便性与可扩展性，为无氟超疏液涂层在纺织品整理领域的开发及实际应用提供了重要理论支撑。
图1.（a）弹尾虫显微照片及其表皮微纳米结构扫描电镜图像。（b）无氟超疏液涂层的设计方案、化学反应及制备工艺。SEM图像显示：（c）涂层的空穴脊状重入结构和（d）涂层纤维横截面。（e）处理后涤纶织物表面水和大豆油液滴（各10 μL）照片。
要点1：纤维材料表面无氟超疏液涂层具有多级空穴脊状结构，其特征是微尺度空穴（极小fs）和带有尖锐边缘的脊状空腔；同时具有较低表面能。使得处理后的表面对极性和非极性液体都有较强的疏液性。图2展示了无氟超疏液涂层的润湿性：可实现对表面张力27.8-72.8 mN·m⁻¹液体的超疏，无论是水（WCA=169°）、食用油（OCA=151°），还是甲醇溶液、二甲基亚砜等低表面张力有机溶剂，接触角均超150°，滑动角小于10°，液滴在表面能轻松滚落。
图2.不同表面张力（从22.7 mN·m⁻¹到72.8 mN·m⁻¹）的甲醇/水混合液在不同相对湿度下涂层织物上的（a）接触角；（b）滑动角。（c）大豆油在涂层表面30分钟后接触角的变化。（d）13种不同液体（70%甲醇、戊二醛、N-甲基吡咯烷酮、菜籽油、甲酸、甘油、双丙酮醇、大豆油、乙二醇、二甲基亚砜、15%甲醇、二碘甲烷、水）在处理后织物表面的接触角。
要点2：普适性广，涂层体系可实现多种基材表面的疏水疏油性：图3展示了该涂层体系的广泛适应性。无论是棉、羊毛、无纺布等织物，还是滤纸、木材、不锈钢网、玻璃片和塑料网格，经过简单的浸涂及汽育处理，就能赋予其超全疏性能。其中处理后的棉、羊毛和无纺布的接触角均超150°，滤纸、木材、金属网、玻璃片也能稳定排斥水和油滴，这为其在不同领域的推广应用提供了切实可行的功能整理方案。
图3.多种基底表面上制备的疏液涂层：（a）水和大豆油的接触角；（b）涂层基材上的水滑动角；（c）不同基底上涂层上的水和大豆油液滴实物照片。
要点3：极端环境耐受性及机械稳定性优异：用胶带反复剥离50次、连续12天紫外照射和一周的水中浸泡，涂层依旧保持高接触角的抗液体润湿性。另外，将涂层织物放入液氮（-196℃）或沸水中5分钟或浸泡在不同的化学试剂中24小时，甚至浸入98%浓硫酸或饱和氢氧化钠中1小时，取出后仍能保持超疏液性质（见图4）。
图4.接触角随（a）剥离循环次数；（b）紫外照射时间以及（c）水浸泡时间变化的情况。（d）涂层织物在100℃水中浸泡5分钟及液氮中处理5分钟后的实物照片。（e）涂层织物在有机溶剂中浸泡24小时后的接触角。（f）涂层织物分别在饱和NaOH和98% H2SO4中浸泡1小时后的实物照片。涂层棉织物与（g）98% H2SO4和（h） 饱和NaOH接触后显示化学耐受性的实物照片（实物照片和显微照片中的比例尺分别为4 cm和100 μm）。
小结：本研究提出一种浸渍及汽育结合的制备策略，成功构建出一种空穴脊状多级重入结构表面，结合其低表面能，实现多种基材表面无氟超疏液涂层。该涂层对低表面张力的极性与非极性液体均表现出优异的超疏性能。其疏液稳定性好，在面对物理和化学损伤时展现出卓越的耐久性，例如胶带剥离、长期紫外线照射、有机溶剂、液氮以及强酸强碱腐蚀（包括98% H2SO4和饱和NaOH溶液）等条件下均能保持稳定疏液性能。此外，该制备策略具有普适性，可用于多种基材无氟疏液表面整理，如织物、不锈钢筛网、木材、玻璃片等。该项研究设计开发的无氟超疏液体系为环保型功能材料的产业化提供了新路径。
该研究题为“A cavitated-ridged reentrant coating system for fabrication of robust, fluorine-free superomniphobic surfaces”。青岛大学纺织服装学院研究生张仲为本文第一作者，青岛大学周华、牛海涛教授，香港理工大学王训该教授为共同通讯作者。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202507869
相关进展
青岛大学周华教授Chem.Eng.J.：在两栖单向导油材料制备及其在油/水分离领域应用取得新进展
四川大学蒋炜教授团队《ACS AMI》：采用具超双亲性/液下超双疏性聚氨酯/硅藻土复合材料实现真空抽吸快速破乳的通用方法
华中科技大学苏彬教授课题组AFM：仿鲨鱼皮水下超疏油表面上的磁流体液滴发电
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina（或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多