全球對能源消耗、環(huán)境污染以及可持續(xù)發(fā)展的日益關注，推動了學術界對先進表面工程解決方案的深入研究，并促進了相關技術的開發(fā)與創(chuàng)新。當前，超浸潤材料技術的發(fā)展主要圍繞三種關鍵微觀結構設計：賦予超疏水性的微/納米分層結構、實現超疏油性的凹角特征結構，以及達到超全疏性的雙重凹角結構設計。這些結構設計策略已成功應用于新型環(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展，這些技術進步通過減少資源消耗、提升能源效率和降低化學污染等多重途徑，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，重點關注性能優(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超疏水涂層；（c）金字塔形超疏水表面；（d）防冰和減阻應用的納米復合材料（NMAD）表面。
超浸潤納米材料以其獨特的極端潤濕特性，成為了材料科學、表面工程和環(huán)境技術交叉領域中一個快速發(fā)展的研究熱點，并在節(jié)能紡織品、智能窗戶及海洋防護涂層等領域展現出廣闊的應用前景。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過程中的水耗與能耗，同時賦予材料自清潔、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；具有可切換潤濕性的智能窗戶能夠動態(tài)調節(jié)光線與熱量透過率，優(yōu)化建筑能效，降低空調與供暖系統(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備上的應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防腐劑的使用，減輕了對海洋生態(tài)系統(tǒng)的負面影響。這些應用通過資源節(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，該領域仍面臨顯著的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。盡管當前研究聚焦于提升超浸潤表面的機械、化學與熱耐久性，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)化生產中引發(fā)環(huán)境風險。
基于此，本文在對現狀的分析與環(huán)境可持續(xù)性考量下，提出了未來研究的重點方向：
1.設計智能制造工藝：在制造耐久性超浸潤表面時，可引入“阿喀琉斯之踵”（Achilles heel）設計理念，以實現材料的可控回收。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)耐用的超疏水復合材料。該復合材料在疏水納米顆粒的保護下即使暴露于酸時仍能具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，而通過乙醇預潤濕與酸處理，可實現材料的高效回收。
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)性有機化合物（VOC）的排放。結合人工智能技術與生命周期評估方法，可進一步優(yōu)化工藝的環(huán)境效益。
3.開發(fā)更安全的化學替代品：目前，全氟和多氟烷基物質（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)境與人類健康構成嚴重威脅，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/納米結構設計方法，有望在空氣介導的液體排斥表面制造中實現高效應用。
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
- 福州大學賴躍坤教授團隊：超浸潤材料表面液滴運動在能源與環(huán)境領域應用研究進展 2018-12-27
