超疏水表面由于具有独特性能而引起了学术界和工业界的广泛关注和研究兴趣，例如：防粘、防污染、自清洁、油水分离、抗结冰、防腐蚀、微反应器等。古有诗词“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，这其中描述的就是“荷叶效应”，荷叶表面因其具有特殊微/纳米多级糙化结构和低表面能蜡质的协同作用而表现出优异的低粘附力超疏水性能。而“花瓣效应”是表面超疏水性能的另一种特殊形式，同样因表面具有特殊规整排列的糙化结构而表现出优异的高粘附力超疏水性能。超疏水性是由低表面能化学物质疏水性和具有高粗糙度的微米级和/或纳米级表面结构的协同效应，因此以这两个因素为出发点是制备超疏水表面的关键。然而，通常制备超疏水表面具有诸多不足之处，如：设备要求苛刻、操作复杂、成本高、牢度不理想等，特别是对于纺织品而言。因此，制备具有操作简单、成本低、粗糙形貌结构可控、优异牢度的超疏水性能织物，依旧是一个很大的挑战。
鉴于此，苏州大学李战雄教授课题组基于重氮化学自由基聚合的方法，以3,5-双三氟甲基苯胺为聚合单体对棉织物进行接枝改性构筑具有形貌可控的多级糙化结构，进而实现具有不同优异特性的超疏水功能纺织品。液滴在该表面的接触角可达167.2°，滚动角可以实现1.8°~90°的转换，并展现出荷叶效应和花瓣效应。
图1 3,5-双三氟甲基苯胺重氮自由基自发接枝糙化改性棉纤维的反应机理图
通过接枝聚合反应过程工艺参数的优化，该团队通过调控微结构的物理结构形貌对表面的浸润性实现了可控调节，液滴在其表面上的滚动角可以从1.8°~90°变化，同时实现有效调控表面与水滴的粘附力在21.36 μN~159.35 μN之间变化。
图2 XPS全谱图和不同元素的高分辨能谱图
图3 不同摩尔浓度盐酸条件下形成多级糙化结构形貌的电子显微镜图：(a–d) 0.6 M，(e–h) 1.0 M，(i–l) 1.2 M
图4 纳米片（a）和类桑葚（b）结构表面的动态水滴粘附和排斥过程对比，（c）不同结构表面对水滴的粘附力，（d）不同结构表面的静态接触角和滚动角
图5 重氮自由基聚合制备的超疏水织物应用于（a-d）微液滴化学反应,（e-h）自清洁，（i-l）非接触式磁控运动
作者采用重氮自由基聚合法在室温条件下协同β-FeOOH糙化改性棉织物，为获得具有粗糙结构形貌可控且优异耐皂洗和耐摩擦牢度的超疏水织物提供了一种简单、温和、低成本的解决方案，并为替代长碳链全氟烷基聚合物接枝改性纤维原位“糙化”精细构筑表面涂层结构，最大限度发挥其拒液功能指明了方向。
相关成果以题为One-step spontaneous grafting via diazonium chemistry for the fabrication of robust bionic multifunctional superhydrophobic fabric的论文发表在Surface and Coatings Technology上。其中论文的第一作者为苏州大学纺织与服装工程学院博士生李武龙，通讯作者为苏州大学李战雄教授。该工作得到了国家自然科学基金（No. 51673137）和江苏省研究生科研与实践创新计划项目（No. KYCX20-2665）的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.126802
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