国外超疏水材料技术发展及军事应用前景分析

超疏水原材料技术性是涉及到生物体、物理学、有机化学及其原材料等多学科交叉的前沿科技。21新世纪至今，在界面科学合理、仿生学及其多行业课程的交叉式结合促进下，新式超疏水原材料五花八门，其出色的湿润特点和普遍的应用前景，造成了各个国家的普遍关心。2017年4月，在美军科学研究署等部门的支持下，密歇根大学开发设计出新式自己变好型超疏水镀层原材料。该原材料有着千倍于类似建筑涂料的耐用性，能为船舰、飞机场和战车给予兼顾耐用性的防潮、防结冻、自清理工作能力。

超疏水性是一种独特的润滑性，一般指水珠在液体表层呈球形，表面张力超过150度，翻转角低于10度。原材料表面（原材料表层分子结构比內部分子结构空出的动能）越低，疏水性越好，且当低表面原材料具备外部经济不光滑构造时，水珠与原材料中间会生成一层气体膜，阻拦水对原材料表层的湿润，进而产生超疏水情况。

结构超疏水表层有这两种方式，一是在亲水性原材料表层上搭建定量研究不光滑构造，二是用低表面成分对外部经济不光滑外表开展改性材料。

原材料的超疏水性就越好，水珠在原料表层上越贴近球型，与资料的触碰总面积越小，越易从材料表层滑掉。除此之外，水珠在超疏水原材料表层滚下来时可带去污染物质，使原材料表层维持清洁。因而超疏水原材料具备防潮、耐腐蚀、防冰及其防粘附等多种特点。

1. 多学科交叉结合变成超疏水原材料的技术快速发展的首要驱动力

大自然中的动物与植物外皮具备独特的外部经济构造和独特的润滑性能，为结构超疏水原材料给予了启发，如仿真模拟菏叶构造可以得到超疏水特性、效仿鲨鱼皮构造可以得到水中减阻特性等。仿生技术原材料的科学研究，为超疏水原材料的不断发展给予了驱动力。2017年5月，法国弗莱堡大学开发设计出一种具备双层构造的自己变好型超疏水镀层。这类超疏水原材料表层具备相近蛇褪掉表皮的特点，可完成表层损伤后超疏水性的自己变好，为新式耐久度自己变好型超疏水原材料的研制给予了新思维。除此之外，增材、原材料测算与模拟仿真等技术应用的运用，大大简化了原材料表层多孔结构的设计方案、结构与操纵难度系数，使超疏水原材料的制取迅速精确，构造和特性可控性，完成了原材料制作加工工艺、构造、特性等参数或全过程的定量分析叙述，减少了原材料研制开发周期时间，减少了产品研发成本费。

2. 耐用性提升促进超疏水原材料迈进产品化

超疏水原材料表层的微结构构造是确定其超疏水性的首要要素，而这外部经济不光滑构造通常存有抗压强度低、冲击韧性差、耐磨性能差等问题，非常容易被外力作用毁坏，造成超疏水性的缺失。此外，在一些场所或长时间应用中，表层也有可能被油溶性成分环境污染，造成疏水性下降。耐用性是长期维持超疏水性的重要，也是牵制超疏水原材料具体使用的首要要素。提升超疏水原材料耐用性的办法有提高原材料表层的设备可靠性、提升材质表层的防脏污特性、结构自修补超疏水原材料等。

2017年4月，美国密歇根大学开发设计出由“氟化氢聚氨酯弹性体”和“F-POSS”亲水性分子结构相溶产生的自己变好型超疏水镀层原材料。该原材料相近塑胶的层次感使其比过去的原材料更有延展性，稍微绵软的表层可合理减少表层遭受物理学损害的几率。这类镀层具备有机化学自己变好特点，当表层被损坏时，新的发生将当然地转移到损害惩处完成自痊愈。镀层有着数百次损害后自己变好的工作能力，乃至可在被损坏、刮擦、烤串、正离子清理、整平、超声波解决和化学腐蚀后修复特性。

3. 超疏水原材料将奔向多回应、可管控的智能化系统方位发展趋势

现阶段，超疏水原材料的产品研发已不限于得到超疏水的单一特性，反而是奔向多回应、可管控的智能化系统方位发展趋势。将原材料表层的独特润滑性，如超疏水、超亲水性、超亲油、超疏油等，开展多元化组成，进而完成智能化系统协作、可管控和相分离原材料的制取，将巨大扩展超疏水原材料的运用范畴，如运用具备超疏水和超疏油特点的超双疏原材料可完成水溶性和油溶性液态的安全防护，运用超亲水性／超疏油或超疏水／超亲油原材料对油和水截然不同的润滑性可完成水和油的分离出来。

2017年5月，英国莱斯大学研制开发出可用以超级电容器等电子元件的激光器诱发石墨烯材料。该原材料在气体或o2中具备超吸水性，而在氩气瓶或氡气自然环境下则具备超疏水性，可根据调控氛围自然环境完成超疏水-超亲水性的可逆性管控。

1. 运用于武器装备，提高武器装备的耐腐蚀、防生物体粘附、防冰和自清理工作能力

在耐腐蚀层面，超疏水原材料可以阻隔水份与金属材料的触碰，进而减轻舰船流槽以上一部分的空气氧化浸蚀。2010年，美军在“麦克风福尔”号航母上应用超疏水镀层材料保护船舰战斗部及其别的曝露在外面的武器装备，避免这种系统软件和武器装备被耐腐蚀生锈损害。

在防生物体粘附层面，超疏水原材料可以有效的避免海洋动物在船舰表层的粘附，可以做为船舰耐污建筑涂料。传统式耐污建筑涂料借助释放出来砷、铜、铅等金属离子杀掉粘附生物体，超疏水原材料则具备环境保护特点，可以降低稀有金属的应用。

在防冰层面，超疏水镀层因具备耗能低、应用领域广、绿色环保等特点而在航空公司、船舰、电力工程，通讯、电力能源等方面的防结／覆风雪层面表明出潜在性的工程项目应用前景。2016年6月，英国莱斯大学研制开发出可高效率防冰的石墨烯复合型超疏水原材料，当溫度高过-14℃时，冰难以在原料表层凝固。运用石墨烯的导电性特点，在更低溫度时该原材料可以根据电加热器来防冰或融冰，只需增加12伏的电流就可使原料在-51℃超低温下防结冻。

在自清理层面，超疏水原材料表层独特微纳米技术构造使污染物质在原料表层的粘合力减少，与此同时，超疏水原材料的防潮特点可使表层的水珠滚下来时带去污染物质，维持原材料表层的清理。

2016年9月，英国棕榈岭国家实验室开发设计出一种运用于玻璃钢材质，具备自清理、抗光的反射、防指纹识别及污垢特点的超疏水全透明镀层，可普遍使用于电子产品显示器、光圈、探测仪等光电材料机器设备的安全防护。

2. 运用于服装生产，提高工作人员安全防护工作能力

超疏水（超疏油）面料可使用于各种防潮透气性型工作服装和新式生化防护服。比如，在执行任务全过程中，空军飞行员、南海舰队战士和特种兵在等忽然浸入在凉水中会导致体温下降，是导致伤亡事故的首要要素之一。防潮透气性型服饰已做为美国军队空军飞行员、水手和实行陆海空行为等特种兵在的专用型服饰。此类服饰在环境温度为20℃的凉水中，能给出达到24个小时的保障功效，而且衣着轻巧、舒服。防潮透气性纺织物的运用，不但解决了透气性和防潮的分歧，并且可以缓解雨披的净重，进而合理缓解战士的负荷。

美陆军调查试验室与外交部危害削减局协同进行了有关新项目的科学研究，并且于201 0年开发设计出根据超双疏（超疏水和超疏油）面料的生化防护服。该服饰具备自清理特性，且可以防止危化品渗透到，维护战士不会受到生化武器危害。

3. 别的自主创新运用方位

（1）提升电池效率及排热率。超疏水原材料用以充电电池体系的电级膈膜，可将锂电池电解液和活力金属电极分分隔，避免副作用产生。2016年7月，法国亚琛工业大学和首尔汉阳大学开发设计出新式纳米技术孔超疏水膈膜原材料。应用这类新式超疏水膈膜后，充电电池热传递高效率做到85%，高过传统式方式76%的变换高效率。

超疏水镀层可以使用其疏水性提升排热高效率。2016年3月，罗斯研究院热物理研究所开发设计出用以提升热换器排热高效率的氟高聚物镀层制取技术性。该技术性镀层可推动液态蒸汽在机器设备表层加快冷疑，排热高效率要远高过塑料薄膜制冷法。与此同时，冷疑液产生的全过程带去发热量，产生的液态又用以新的排热循环系统。

（2）新式海上智能机器人。 水黾具备与众不同的飘浮体制和高效率的滑水方法，在河面自然环境中可以低消耗、低噪、高效率、灵便地飘浮、划行和弹跳。水黾腿表层的外部经济多级别构造具备超疏水性，可以支撑点水黾在河面自由活动。近些年，愈来愈多的专家学者逐渐科学研究水黾与众不同的飘浮体制和高效率的滑水方法。

2015年8月，韩国首尔大学和哈佛大学一同研制开发出仿水黾智能机器人。该智能机器人与水黾尺寸一致，可在河面弹跳。在国防行业，水黾智能机器人可以做为小型侦查智能机器人，运用在河面迅速灵便的活动特点实行秘密任务。

（3）定项存水。科学安排原材料的超疏水性及其超吸水性，在特定地区授予原材料不一样的湿润特点，可以用以在荒漠等旱灾自然环境下战斗时的生活用水搜集，处理工作人员存活等问题。2016年6月，英国大西北中国太平洋国家实验室研制开发出可完成水份反向流动性的碳纳米技术棒原材料。这类原材料可在低环境湿度气体自然环境中，将水蒸汽转化成液态水并粘附在表层；在高环境湿度气体自然环境中，原材料具备疏水性，且环境湿度越高，原材料表层水珠挥发越快。这类原材料可以用在荒漠中采水；假如用在服饰中，可以在高温度环境中维持干躁舒服。

（4）油水分离器。 在被油环境污染的河流获得水资源，必须应用迅速、高效率的油气分离设备。近些年，原材料表层的润滑性变成完成这一难题的重要，一旦原材料展示出对油和水不一样的润滑性，如超疏水-超亲油溶性、超亲水性-超疏油溶性，则这类原材料可用以完成油水分离器。除此之外，油气分离器还可用以处理深海石油泄漏等环境污染问题。

现阶段，超疏水原材料技术性正方向智能化系统、可管控、多用途及性能卓越方位发展趋势，在武器装备安全防护、电力能源以及他自主创新行业展示出巨大的应用前景。将来在多学科交叉融合发展的直接影响下，超疏水原材料技术性将与仿生技术、纳米材料及其原材料建筑科学等紧密联系，逐渐提升物理性能与经久耐用特性的运用短板，在诸多行业充分发挥更高运用使用价值。