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咖啡一灑，衣物浸透；暴雨突至，濕冷纏身……從日常服飾到戶外裝備，再到工業(yè)防護(hù)，人們對(duì)“既防水、又耐用、還環(huán)保”的織物材料需求正變得日益迫切。

近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)受自然界彈尾蟲啟發(fā)，開發(fā)出一種共價(jià)鍵構(gòu)筑的MARS（分子組裝耐用超疏水殼）技術(shù)，通過(guò)“一步法”實(shí)現(xiàn)無(wú)氟超疏水織物的制備，使紡織品在極端環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定性能。

來(lái)自彈尾蟲的靈感

“傳統(tǒng)防水面料長(zhǎng)期面臨著兩大難題，環(huán)保壓力與耐磨性差?！敝袊?guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員董智超說(shuō)，當(dāng)前織物主流防水技術(shù)大多依賴兩類路徑：一是含氟類物質(zhì)（如PFOA、PFAS），二是納米顆粒涂層。前者在日常使用過(guò)程中會(huì)對(duì)人類的健康以及生態(tài)環(huán)境造成潛在威脅，目前正在逐步禁用；而后者容易在摩擦、洗滌過(guò)程中脫落，導(dǎo)致性能迅速衰減。

“我們希望能擺脫對(duì)含氟化學(xué)物質(zhì)和離散納米顆粒的依賴，用最簡(jiǎn)單的方法構(gòu)建穩(wěn)健超疏水結(jié)構(gòu)，從而真正解決耐久與環(huán)保無(wú)法兼顧的行業(yè)痛點(diǎn)?！倍浅f(shuō)，所謂“超疏水”，是指材料表面對(duì)水具有極強(qiáng)的排斥能力，水滴幾乎無(wú)法鋪展，而是迅速滾落。

這項(xiàng)技術(shù)的靈感，來(lái)自一種微小卻強(qiáng)悍的生物，彈尾蟲。

在潮濕、泥濘、富含摩擦的土壤環(huán)境中，彈尾蟲經(jīng)過(guò)4億年進(jìn)化，形成了由微型蘑菇狀結(jié)構(gòu)與納米級(jí)脊線構(gòu)成的特殊表皮。表皮就像天然防沾濕盔甲，使其具備極強(qiáng)的拒水能力，即使在水面也能保持干燥，甚至完成跳躍。

科研人員受到啟發(fā)，如果能在織物纖維表面構(gòu)建類似的微納結(jié)構(gòu)，并賦予其足夠的穩(wěn)定性，是否就能實(shí)現(xiàn)既耐用又高效的防水效果？

開發(fā)出一步法技術(shù)

圍繞這一思路，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了MARS（分子組裝耐用超疏水殼）一步法技術(shù)。

與傳統(tǒng)涂層技術(shù)相比，MARS技術(shù)的核心差異在于其構(gòu)建方式。

據(jù)研究人員介紹，傳統(tǒng)的噴灑或浸漬工藝，就像是在布料表面刷了一層含有納米顆粒或含氟類物質(zhì)的涂料。這種涂層僅僅附著在表面，受到摩擦就容易脫落。而MARS技術(shù)的區(qū)別在于，它是在纖維表面直接構(gòu)建了有序的、無(wú)氟的二氧化硅殼層。這層殼不是簡(jiǎn)單物理堆疊的，而是通過(guò)一步法原位反應(yīng)，在單根紗線纖維表面化學(xué)生長(zhǎng)出來(lái)并緊密排列的。

MARS技術(shù)在單根纖維表面形成“共價(jià)鍵合”的二氧化硅殼層，這不是簡(jiǎn)單附著，而是通過(guò)化學(xué)鍵與纖維牢固結(jié)合，真正成為材料本體的一部分。這種“共價(jià)鍵合”的特性，使殼層具備極高的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)引入無(wú)氟烷基鏈降低表面能，并結(jié)合仿生微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)持久的超疏水性能。

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，MARS織物展現(xiàn)出遠(yuǎn)超傳統(tǒng)材料的穩(wěn)定性。董智超說(shuō)：“例如水滴以高達(dá)11.6米/秒的極高速度撞擊，面料依然保持穩(wěn)定的防水性；在2.4米/秒的連續(xù)水滴撞擊8萬(wàn)次后，面料超疏水性能依舊不減。經(jīng)過(guò)20次標(biāo)準(zhǔn)洗滌后，其防水等級(jí)仍能保持在4.5級(jí)。由于殼層是通過(guò)‘共價(jià)鍵合’的，它在機(jī)械磨損和復(fù)雜的酸堿環(huán)境下，展現(xiàn)出了超出傳統(tǒng)涂層的堅(jiān)固。”

除此之外，MARS織物處理是在纖維階段完成的，它可直接應(yīng)用于天然和合成纖維，在不影響織物原有透氣性、柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度的前提下，實(shí)現(xiàn)持久的無(wú)氟防水性能，彌補(bǔ)了日常服飾及高頻洗滌場(chǎng)景中對(duì)柔軟透氣與耐久防水的雙重需求。

新一代防水織物

“MARS技術(shù)的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。”董智超說(shuō)，“由于它可以在不犧牲織物透氣性和柔韌性的前提下，為天然和合成纖維賦予持久的超疏水性能，因此不僅適用于沖鋒衣、帳篷等傳統(tǒng)戶外裝備，也同樣適用于需要抵御血液和體液飛濺的醫(yī)用防護(hù)服，以及具備耐臟污、自清潔特性的家居內(nèi)飾等領(lǐng)域。”

此外，MARS涂層可耐受強(qiáng)烈磨損、高速水流沖擊、蒸汽暴露及極端溫度循環(huán)，在柔性可穿戴設(shè)備、航空航天防結(jié)冰等高精尖領(lǐng)域，它同樣擁有較大應(yīng)用潛力。

在環(huán)保約束不斷強(qiáng)化、性能需求持續(xù)提升的今天，這種“一步成型”的無(wú)氟超疏水織物，不僅回應(yīng)了現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，也為未來(lái)防水材料的發(fā)展提供了新技術(shù)路徑。