浙江工业大学冯杰教授课题组发现超疏水表面新应用

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仿生超疏水表面在过去20余年被广泛研究，先后报道的应用领域包括雨水自清洁、冷凝弹跳自清洁、疏冰抑霜、流体减阻、抗雾、透明减反、以及油水分离等。最近，浙江工业大学冯杰教授课题组发现，超疏水表面还可以明显抗干灰尘沉积（ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(46), 40219-40227）。

这一结论其实是课题组在研发彩色、酷冷反红外表面的过程中意外发现并论证得到的。近年来，建筑节能广受重视，炎炎夏日，建筑物的楼顶和外墙均受到烈日中红外线的辐射，大幅提升了空调能耗。酷冷反红外颜料可以缓解这一难题，但由它制造的酷冷涂层或薄膜表面，很容易粘附灰尘。后者会使酷冷表面对红外线的反射率很快下降。

课题组原本指望超疏水表面靠雨水自清洁抵抗灰尘粘附，进而确保酷冷表面反红外性能稳定。但在户外一个月试验后，却发现即使不下雨，无冷凝水，超疏水表面也性能稳定，而对照表面（反红外但不超疏水），反红外率明显下降（下降30%）（图1）。扫描电镜发现，超疏水表面鲜有灰尘沉积，而对照表面落满灰尘（图2）。

Figure 1 UV-visible-infrared reflectance of the LDPE film containing 5.0 wt% black “cool cold” pigments after being placed outdoors for 30 days without rain. A: superhydrophobic (SH) films; B: general films.

Figure 2. SEM images of LDPE general film (A/B) and superhydrophobic film (C/D) both containing 5.0 wt% black” cool cold” pigments after been placed outdoors for 30 days without rain. B, D are magnified images of A, C, respectively. 

模拟灰尘沉积实验进一步证明，超疏水表面户外抗灰尘沉积的机理在于较低的固-固相互作用力使得灰尘可以被微风带走。相比表面疏水的颗粒，超疏水表面更抗表面亲水的颗粒的沉积。由于户外灰尘普遍较亲水，故超疏水表面可望在光伏电站、建筑外墙等需要抗灰尘沉积的领域获得应用，尤其是干旱少雨地区。

冯杰教授课题组近10年来一直致力于超浸润表面研究。先后阐明了冷凝水滴在某些超疏水表面上弹跳的微观机理，开发了主动超疏水表面，超疏水聚合物薄膜、水性超疏水涂料、反红外超疏水薄膜/涂层、疏冰抗结冰涂层、以及超亲水抗雾涂层等制备技术。在Langmuir、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊上发表论文20余篇。申请国家发明专利18项，其中9项已获授权。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b12567

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