随着超疏水表面的典型代表是荷叶，其特征为静态水接触角（WCA）大于150°，滚动角（SA）小于10°。这些特性是由低表面能化学成分与微纳米级表面结构的协同作用产生的。表面粗糙度在固液界面处捕获空气，形成气穴层，大大减小了液-固接触面积。这种结构限制了液滴的扩散，使得液滴几乎呈球形，并在最小外力下容易滚动脱落，从而有效去除表面污染物并保持基材清洁。此外，气穴层还能有效抑制界面热传导，延缓了寒冷天气下冰核的形成。表面的低附着力特性也降低了冰晶的机械锚定，使冰在外部力作用下更容易脱落。由于这种独特的润湿行为和拓扑结构，超疏水表面在多个领域展现出广阔的应用前景，尤其是在防水、自清洁、防污和防冰方面。
然而，超级疏水表面的实际应用受到其精细微纳米结构易损性的限制，这些结构对其功能至关重要。当这些结构受损时，气穴层会消失，导致超级疏水性失效。虽然传统的自上而下方法（如光刻、激光烧蚀和等离子体处理）需要直接对块状材料进行结构化处理，但使用功能性涂料的涂层法为在多种基材上实现大面积制备提供了更灵活的解决方案。因此，确保超疏水涂层的机械强度和长期耐久性仍然是该领域的核心挑战。为此，研究人员已开发出多种策略，包括材料设计、配方优化和涂层工艺工程，以提高机械耐久性。这些方法显著提高了超疏水涂层的耐久性，但仍存在一些局限。自相似结构的耐久性仍与涂层厚度有关，而含有润滑剂石墨烯的涂层可能会因光热效应而加速老化。自修复系统在修复条件和响应效率方面存在限制，而保护性微结构通常需要特定的形态，这增加了大规模化生产的难度。鉴于这些挑战，结合多种增强机制的综合方法有望开发出机械性能优异的超疏水涂层。
在超疏水涂层的设计中，氟已被广泛采用以满足基本的低表面能要求。氟原子的加入可形成非极性分子表面，显著减少了与水分子之间的相互作用，从而实现优异的超疏水性。然而，在涂层老化过程中氟的逐渐释放和环境问题引发了人们对生态污染的担忧。此外，含氟材料成本高昂，大大增加了生产费用，进一步限制了这种涂层的实际应用。这些关键缺点突显了开发高性能无氟超疏水涂层的重要性，以促进其广泛应用。
近期，武汉工程大学陈杜刚团队采用热光双固化策略，成功制备了一种高耐久性、无氟超疏水涂层。
首先改性有机硅树脂通过热诱导硅醇缩合形成初级网络，然后在紫外光照射下与甲基丙烯酸丁酯引发自由基聚合形成次级网络，以改性六方氮化硼（OBN）作为填料，通过喷涂工艺制得SMR@SiO2/OBN涂层。
所制得的涂层具有优异的耐磨性，在9.8kPa下使用1000目砂纸磨损66米后仍保持超疏水性能，并表现出优异的化学与热稳定性。该涂层还表现出19.6kPa的低冰附着力和约14倍的结冰延迟时间，表现出优异的防冰性能。当应用于天线罩时，该涂层可有效抑制降雨引起的信号衰减，在通信保护方面具有实用价值。此外，该涂层还具有优异的抗紫外线能力、自清洁性和防污性能。
本研究为持久且环保的超疏水涂层提供了一种新的材料工程策略，有望实现大规模的实际应用。
(a)改性有机硅树脂结构及热光双固化坚固超疏水涂层示意图；(b)超疏水涂层的组成及其制备工艺示意图；(c)耐用超疏水涂层在自清洁、防冰以及通信信号雨衰缓解中的应用。
相关研究成果以“Thermo-Photo Dual-Curing Enables Dense Polymer Networks Toward Robust and Fluorine-Free Superhydrophobic Coatings”为标题发表在《Small Methods》上。
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