去耦合机制将表面浸润性和机械稳定性拆分至两种不同的结构尺度

通常，减少固-液接触是增强表面超疏水性的常用手段，根据Cassie-Baxter方程，固-液接触面积的减小，有利于提高表观接触角和降低滚动角。但由于接触面积的降低，必然导致微/纳结构承受更高的局部压强，从而更易磨损，这就意味着超疏水性和机械稳定性在提高一种性能时必然导致另一种性能下降。该论文基于全新思路，首次通过去耦合机制将超疏水性和机械稳定性拆分至两种不同的结构尺度，并提出微结构“铠甲”保护超疏水纳米材料免遭摩擦磨损的概念。结合浸润性理论和机械力学原理分析得出微结构设计原则，利用光刻、冷/热压等微细加工技术将装甲结构制备于硅片、陶瓷、金属、玻璃等普适性基材表面，与超疏水纳米材料复合构建出具有优良机械稳定性的铠甲化超疏水表面。

该工作在集成高强度机械稳定性、耐化学腐蚀和热降解、抗高速射流冲击和抗冷凝失效等综合性能的同时，还实现了玻璃铠甲化表面的高透光率，为该表面应用于自清洁车用玻璃、太阳能电池盖板、建筑玻璃幕墙创造了必要条件。研究人员将该表面应用于太阳能电池盖板，实现了表面依靠冷凝液滴清除尘埃颗粒的自清洁方式，为少雨地区提供自清洁太阳能电池的解决方案。基于玻璃装甲化表面的自清洁技术可巧妙地利用雨或雾滴消除粉尘、鸟类粪便等污染，长期维持太阳能电池高效的能量转换，并节省传统清洁过程中必需的淡水资源和劳动力成本。该论文创新的设计思路和通用的制造策略展示了铠甲化超疏表面非凡的应用潜力，必将进一步推动超疏水表面进入广泛的实际应用。