仿生超疏水木材表面微纳结构制备研究进展

摘要

仿生构建超浸润界面材料在自清洁、生物防污、防水抗结冰等领域具有巨大的潜力,但目前在木材科学领域的设计、制备和实践应用依然存在很大的挑战。根据仿生学原理,笔者简述了超疏水表面相关设计的基本理论以及多尺度粗糙结构在优化不可润湿表面结构中的作用,总结了3种构建仿生超疏水木材的有效途径,推导出本征接触角的计算公式及体系自由能变化,并在热力学计算的基础上系统阐释了微纳结构表面几何形状对润湿性能的影响,同时对粗糙表面的本征接触角和液/液/固三相体系浸润性以及基底表面上液滴能量变化进行了分析。阐述了木材表面仿生超疏水功能性改良的设计机理和制备方法,在此基础上归纳了超疏水体系中引入纳米粒子的方式在超疏水木材表面功能性改良中的应用。最后,分析了仿生功能性超疏水木材高效耐用无氟环境友好型溶剂探索、制备工艺创新以及应用范围拓展等方面存在的问题,并对其在木材功能性改良领域的应用前景和发展方向进行了展望。