近日，考古探测与文物保护技术教育部重点实验室（西北工业大学）曹颐戬、董文强团队联合意大利佛罗伦萨大学Camaiti、Baglioni团队在胶体与界面科学领域顶刊《Advances in Colloid and Interface》（IF=16.0），以“Superhydrophobic surfaces for the sustainable maintenance of building materials and stone-built heritage: The challenges, opportunities and perspectives”为题发表前瞻性综述。西北工业大学化学与化工学院硕士研究生陈泓一为第一作者，通讯作者为曹颐戬、董文强和Mara Camaiti。

图1 建筑材料、石质遗产典型表层风化

• 综述了超疏水表面设计和应用的最新进展。
• 聚焦于阻碍超疏水表面规模化生产和应用的关键瓶颈。
• 深入讨论了耐久性、透明度、抑菌性和环境/健康风险等4个主要瓶颈及其形成机制。
• 针对4个关键瓶颈，介绍并系统评估了相应的新兴改善策略。
• 结合建筑材料和石质遗产本体特性，探讨了未来超疏水表面研发前景。

  仿生超疏水表面在建筑材料、石质遗产表面维护等众多领域展现出巨大应用潜力。在露天环境中，石材、混凝土、砖、瓦和灰浆等建筑材料的风化会对整个建筑的结构、功能和外观造成严重危害，这引起了全世界越来越多的关注。超疏水性表面具有抑制液体附着/渗透、自发表面自洁和阻碍细菌细胞附着等功能，是理想的多功能保护涂层。然而，尽管其多功能性很吸引人，近年来也有大量材料被报道，但阻碍其规模化生产和应用的几个缺陷仍未得到有效解决，包括化学/机械/耐候性差、透明度低、在潮湿环境中抑菌效果不足、制备过程使用有毒和不环保的原材料等。本文综述了当面面临的关键瓶颈，并深入探讨了其背后的机理。然后，针对瓶颈的具体改善策略进行了详细分类讨论。此外，考虑到建筑材料的物理化学性质，以及石质建筑遗产保护和露天应用环境的特殊要求，对新兴策略的可行性和利弊进行了综合评估，最后概论了该领域的未来发展前景。

  本文全面概述了超疏水材料的制备、应用和性能方面的挑战，以及其在建筑材料、石材遗产保护应用中的瓶颈、机遇和前景。由于超疏水表面特殊的润湿性能，其高静态水接触角可以减少建筑材料因水而产生的劣化；低滑动角度有助于清理表面污染物，有助于恢复石质遗产原始外观和艺术特征。因此超疏水材料在建筑和石质遗产可持续保护领域展现出巨大应用潜力。

  但在实际应用中，超疏水材料仍然有其缺陷。首先，在露天工作环境中，超疏水表面会遭受如物理磨损、化学腐蚀、生物繁殖、环境老化等破坏。在此过程中，材料表面微纳粗糙结构的损伤和/或低表面能物质的消耗，会缩短超疏水表面工作寿命。耐久性不足是制约超疏水表面实际应用的主要瓶颈之一。同时，露天环境中存在生物繁殖的风险，而超疏水表面只能抑制微生物的粘附，而不能直接杀死微生物，其抑菌性能不足。此外，如果在历史建筑和文物保护中使用超疏水材料，必须考虑其对基材表面色彩和艺术特征的影响。这些具有特殊历史和艺术价值的基材要求表面保护涂层具有高透明度。然而，超疏水表面的微纳粗糙结构可能引起米氏散射而降低透明度。因此，超疏水性能和表面透明度相矛盾，需进一步平衡。最后，由于制备中通常使用大量含氟化物质、纳米材料，超疏水表面会带来潜在的环境和健康风险。为了改善上述瓶颈，我们对新兴策略进行了深入讨论。必须注意的是，考虑到超疏水表面露天的工作环境，以及面向天然/合成建筑石材、石质建筑和文物保护的特殊需求，并非所有新开发的方法都适用。

图2 论文图片摘要

图3 超疏水表面失效机理

图4 构建坚固微结构的超疏水表面设计策略

图5 构造保护性盔甲的超疏水表面设计策略

图6 引入自修复体系的超疏水表面设计策略

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868624002665?dgcid=coauthor#f0080

通讯作者简介

  曹颐戬，博士，副教授，兼任考古探测与文物保护技术教育部重点实验室副主任；先后在意大利获硕士、博士学位，并在意大利国家研究委员会地球科学与地质资源研究所工作。围绕文物保护技术研究，主持国家自然科学/社会科学基金等项目多项，参编英文专著2部，发表论文20余篇，相关技术成果在意大利威斯尼Chiesa degli Scalzi教堂修缮工程、Laporecchio教堂壁画修复工程规模应用，应用效果荣获国际文物修复奖2项，并受到英国泰晤士报、香港南华早报、新华社和光明网等国内外主流媒体报道和好评。

  董文强，博士，研究员，现任考古探测与文物保护技术教育部重点实验室主任、西北工业大学材料科学与考古研究中心主任，“一带一路”文化遗产国际联合研究中心陕西省国合基地主任，“一带一路”文化遗产国际合作联盟秘书长，兼任中国文物保护技术协会文物保护技术装备专委会主任、中国文物保护技术协会工业遗产保护专业委员会副主任委员；主持文化遗产领域国家级、省部级等科研项目10余项，包括国家重点研发计划课题2项，文旅部项目1项，担任陕西省“两链融合”文化遗产保护利用重点研发计划首席专家；担任重载无人机文物勘测任务舱总设计师；出版各类教材、学术专著5部，获省部级奖项4项。

  Mara Camaiti，意大利国家研究院地球科学与地球资源研究所资深研究员，意大利博洛尼亚大学、佛罗伦萨大学文化遗产保护科学专业客座教授，意大利知名文物保护专家。主要研究方向为砖石质文物保护与修复，主持完成Loggia del Lanzi、Basilica di Santa Trinita、Chiesa degli Scalzi等10余项意大利地标性古建筑修缮工程，发表学术论文近百篇，出版专著3本。