在大自然中,有很多動(dòng)植物具有特殊的表面,例如荷葉、丹參葉、玫瑰花瓣 、蚊子的復(fù)眼、水黽、壁虎的腳掌、沙漠甲蟲(chóng)、蝴蝶的翅膀等(圖 1)。

一個(gè)*為典型的例子就是荷葉雖然生長(zhǎng)在淤泥里，但是其幾乎永遠(yuǎn)保持清潔，所以古人可以寫(xiě)出“出淤泥而不染” 的千古名句。后來(lái)，荷葉這種被雨水帶走灰塵的現(xiàn)象稱(chēng)之為荷葉效應(yīng)，荷葉之所以可以有這種現(xiàn)象，是因?yàn)楹扇~表面每一個(gè)上皮細(xì)胞都會(huì)長(zhǎng)出一個(gè)乳突，這些乳突僅有幾個(gè)微米大，比人頭皮上的發(fā)絲還細(xì)。不僅如此，每個(gè)乳突表面都充滿(mǎn)著納米級(jí)的小纖毛，這些多級(jí)分形的微納結(jié)構(gòu)會(huì)吸附空氣，當(dāng)水珠滴在荷葉上面的時(shí)候，由于強(qiáng)大的表面張力，水會(huì)被這層氣膜托起來(lái)而無(wú)法接觸其本身，江雷對(duì)此進(jìn)行了研究，并說(shuō)明這是超疏水表面形成的重要原因。

超疏水表面具有特殊的潤(rùn)濕性能，在自清潔、 油水分離 、 抗腐蝕 、 防結(jié)冰 、減阻等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。例如，在織物涂超疏水材料，污垢就不會(huì)被輕易染上。還有汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃、后視鏡等需要超疏水涂層。在航海中，船只可以通過(guò)在外面噴涂超疏水涂層來(lái)達(dá)到減阻的效果。在石油工業(yè)中，蠟沉積和流動(dòng)阻塞會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的**問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)損失，堅(jiān)固且多功能的超疏水涂層具有優(yōu)異的原油排斥性，從而達(dá)到高效的運(yùn)輸性能。因此，超疏水表面對(duì)我們生活有著至關(guān)重要的作用，當(dāng)然，在不改變?cè)形矬w形貌的前提下，透明超疏水材料是我們現(xiàn)在更關(guān)注的方向之一。

根據(jù)潤(rùn)濕性理論，表面粗糙度較大時(shí)，疏水性會(huì)增強(qiáng)，但也因此會(huì)使光散射的增加而導(dǎo)致透明度的降低。所以，固體表面粗糙度對(duì)涂層的透明性和疏水性的影響是相互制約的。因此，調(diào)控制備工藝，使表面具有適宜的粗糙度，同時(shí)滿(mǎn)足透明性和超疏水性的要**制備超疏水性透明涂層的關(guān)鍵。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為400~700nm。為了保證透光率，一般表面粗糙度尺度小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的四分之一。基于此條件，本文首先介紹了透明超疏水的相關(guān)理論，并介紹了透明超疏水表面的制備方法；其次，重點(diǎn)歸納了不同物質(zhì)來(lái)構(gòu)建透明超疏水表面的粗糙度，*后展望了透明超疏水表面的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。

潤(rùn)濕是一種常見(jiàn)的表面現(xiàn)象，潤(rùn)濕過(guò)程是固液界面取代固氣界面的過(guò)程。早在1805年，Young就描述了理想光滑固體表面上液體的潤(rùn)濕模型，并從理論上指出了制備超疏水表面的條件之一—低表面自由能，但是這是建立在理想光滑表面上，實(shí)際上理想光滑表面并不存在，所以在1936年，Wenzel研究粗糙表面的潤(rùn)濕行為時(shí)，認(rèn)為液體會(huì)完全潤(rùn)濕粗糙表面的微小凹槽，并得到了表面粗糙度可以提高親水表面的親水性和疏水表面的疏水性的結(jié)論。1944年,Cassie等在研究粗糙表面潤(rùn)濕行為時(shí)認(rèn)為,粗糙表面凹槽中的空氣在與液體接觸時(shí),被完全堵截在凹槽中,并指 出了制備超疏水的**個(gè)條件—粗糙結(jié)構(gòu)。

固體表面粗糙度對(duì)涂層的透明性和疏水性的影響是相互制約的。由于表面粗糙度的增大，增加了光線在涂層傳播過(guò)程中的散射作用。一方面，涂層疏水性由于表面粗糙度的增大而增強(qiáng)，另一方面，涂層的透明性卻隨粗糙度的增大而降低。因此，調(diào)控制備工藝，使表面具有適宜的粗糙度，同時(shí)滿(mǎn)足透明性和超疏水性的要**制備超疏水性透明涂層的關(guān)鍵。

透明超疏水表面的制備有很多種方法(圖 2)。

化學(xué)氣相沉積(CVD)是指化學(xué)氣體或蒸汽在基質(zhì)表面反應(yīng)合成涂層或納米材料的方法，從理論上來(lái)說(shuō)，它是很簡(jiǎn)單的：兩種或兩種以上的氣態(tài)原材料導(dǎo)入到一個(gè)反應(yīng)室內(nèi)，然后它們相互之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一種新的材料，沉積到晶片表面上。

溶膠凝膠法(sol-gel)通常以無(wú)機(jī)物或金屬醇鹽作為前驅(qū)體，在酸性或堿性條件下進(jìn)行水解、縮合，形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠再經(jīng)陳化，形成具有三維網(wǎng)絡(luò)或多孔的粗糙結(jié)構(gòu)。

噴涂法是*常用的制備超疏水材料的方法，通常會(huì)先將無(wú)機(jī)納米粒子或聚合物分散在水或有機(jī)溶劑中，再對(duì)其進(jìn)行改性，然后噴在基底上形成一層低表面能的粗糙層。該方法的優(yōu)勢(shì)是不需要復(fù)雜的設(shè)備，只需一個(gè)帶氣泵的噴槍?zhuān)僮髁鞒毯?jiǎn)單，并且不受基底的限制，幾乎對(duì)任何基底都適用。Zhu等提出了一種簡(jiǎn)單的噴涂方法，制備了厚度為82μm的超雙疏涂層，該涂層具有較高的透射率(>80%)和機(jī)械強(qiáng)度。