超疏水材料是疏水角超過150°的疏水材料，因此具有獨特的潤溼性能，可以大幅降低水滴的粘附性能，在自清潔、防結冰以及水中減阻等領域具有重要的應用價值（疏水又疏冰！航空應用激光處理金屬表面）。然而，超疏水性能的實現大多需要微納結構及低表面能有機材料的修飾，因此其力學、耐高溫、抗老化等方面的性能較差。
相比於有機材料，無機材料具有更好的力學性能和耐久性，因此開發無機超疏水材料具有重要的研究意義與應用價值。最近，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒和吳忠振團隊成功製備出一種含有負表面能θ-Al2O3納米材料修飾的多相氧化鋁與納米/微米空隙結構組合形成新型無機超疏水塗層複合材料，進而提出由“正+負+零”表面能組合材料形成新一代的純無機超疏水材料結構。
新一代無機超疏水錶面製備示意圖
2004年，Norskov通過理論計算提出θ-Al2O3相在固/水界面具有負表面能（“A negative surface energy for alumina” ，Nature Materials，vol. 3，no. 5，pp. 289–293）。新材料學院研究團隊基於自主研發的電弧等離子體和水基電解液的超臨界電化學技術，通過調控高溫快冷與酸鹼性變化等多步連續電化學反應，在鋁合金表面實現了多相氧化鋁微納結構塗層的製備，並通過微刻蝕使得基於負表面能的θ-Al2O3納米相嵌在低表面能的微結構表面，從而實現整體的超疏水性能。
研究團隊對其進行了耐高溫、抗老化、耐磨及耐腐蝕等方面的測試，測試結果表明該塗層在明火烤燒、300 °C高溫加熱等處理後均能保持150°以上的超疏水性能；在日光下暴曬360天后，疏水角未發生明顯下降；在10 N載荷下與無紡布對磨2000次仍可以維持130°以上的疏水角；由於水滴在其表面不潤溼，其耐腐蝕性能突出，尤其是腐蝕電流達到10-10 A/cm2數量級。
G1-低表面能的第1代、G2-低表面能與零表面能空氣微/納孔結構的第2代及G3-低表面能中嵌負表面能與零表面能空氣微/納孔結構的第3代的超疏水材料結構示意圖
這項工作首次實現了低表面能材料中嵌負表面能（θ-Al2O3）與零表面能空氣微/納孔結構一起組成新一代超疏水材料結構，並實現了其一步法連續製備。其優異的力學、耐高溫、抗老化及耐磨損等性能，將滿足工程領域複雜苛刻的應用需求，在航空航天、海洋裝備等領域展現出廣闊的應用前景。
相關工作由黃維院士邀請，以“Tuning super hydrophobic materials with negative-surface-energy domains”為題發表在Research【Science Partner Journal (SPJ) program】期刊 (Research, 2019, 1391804, DOI: 10.34133/2019/1391804)。該工作得到國家材料基因工程重點研發計劃、廣東省重點實驗室和深圳市科技創新委員會等項目的大力支持。
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