疏水材料的表面是如何制作的？

搬砖归来感觉自己现在挺适合回答这个问题……

1.疏水性原理

问题是疏水表面是如何制作的，在搞清楚制作之前我想应该先搞清楚疏水原理。疏水性的概念以及接触角，滚动角神马的其他答主也都回答过了，制备超疏水表面实际上就是在模仿荷叶表面的内种微-纳双尺度结构，并经过低表面能物质修饰，从而达到超疏水性的效果。

这种微（乳突）纳（纳米线）双尺度结构为什么会产生疏水性能呢？这要从浸润模型讲起。

最早人们认为固液表面是光滑接触的（young模型）。1936年Wenzel认识到，实际应用中不存在绝对光滑的理想表面，而是粗糙表面上的凹槽被液体完全填充，仅存在固-液接触。这便是中间图所示的Wenzel模型。1944年，Cassie在Wenzel模型的基础上进一步对Young公式进行了改进，提出了Cassie模型：当表面结构疏水性较强时，粗糙表面上的凹槽并非全部由液体填充，可能会有气体存在于两者之间并形成气-固-液三相接触，神奇么？就像是空气垫和凹槽一起将表面液体“撑”了起来~至于到底是形成Wenzel状态还是形成Cassie状态，当固液气联合表面张力大于重力，以及纳米尺度粗糙结构足够高能撑起液滴的时候通常为Cassie状态。不知是否能回答 @济楚的问题。所以荷叶表面的微纳双尺度粗糙结构，并不是随意构造出来的，而是自然界进化了千年的最精密的结构。这样的结构有利于 Cassie状态的形成，接触角也最大。从能量角度看，这样的结构单位投影面积下接触面积最大，经低表面能修饰的这种表面能量最低，液体有自发铺展的倾向。

2.应用

那么超疏水表面到底有什么用处呢？一个很有前景的方面就是利用其自清洁效应。你想，水滴要是能在表面铺展并随意滚动，表面的脏东西不都被卷走了么，想轮船表面这种容易附着海中杂质以及容易生锈的表面不就能变得更加耐用么。另外，近期研究已经证明超疏水表面在防污防积雪、微流体及无损传输等方面有这重要应用。

3疏水表面的制备

终于说到如何制备了，制备的关键就是构建表面的内种粗糙结构，并经过低表面能修饰。目前比较流行的方法都是偏化学的方法，如电化学方法，溶胶-凝胶处理法，刻蚀法，化学化气相沉积等等学化学的童鞋们比我懂。但是这些方法都有共同的缺点：制备步骤复杂，设备、原料昂贵，副产品难以清理。且机械强度并不理想，长期暴露于大气环境中时，受各种污染物或是灰尘影响，加之光照、辐射一系列因素的持续作用，导致表面不再表现出超疏水性能。故难以在工业上大批量应用。我最近做的是拿冷喷涂的方法制备。冷喷涂（设备如下图）是通过高速固态颗粒依次与固态基体碰撞后、经过适当的变形牢固结合在基体表面而依次沉积形成沉积层的方法。这种方法具有涂层与基体结合好，成本低，易于修复，环境友好，适于大面积制备结构稳定性较好的微米/阶层结构涂层，对基体与喷涂材料要求少，因此，研究冷喷涂方法制备疏水表面具有非常重要的科研及实用价值。