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  近日，考古探測與文物保護技術教育部重點實驗室（西北工業大學）曹頤戩、董文強團隊聯合意大利佛羅倫薩大學Camaiti、Baglioni團隊在膠體與界面科學領域頂刊《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”為題發表前瞻性綜述。西北工業大學化學與化工學院碩士研究生陳泓一為第一作者，通訊作者為曹頤戩、董文強和Mara Camaiti。

圖1 建筑材料、石質遺產典型表層風化

• 綜述了超疏水表面設計和應用的最新進展。
• 聚焦于阻礙超疏水表面規模化生產和應用的關鍵瓶頸。
• 深入討論了耐久性、透明度、抑菌性和環境/健康風險等4個主要瓶頸及其形成機制。
• 針對4個關鍵瓶頸，介紹并系統評估了相應的新興改善策略。
• 結合建筑材料和石質遺產本體特性，探討了未來超疏水表面研發前景。

  仿生超疏水表面在建筑材料、石質遺產表面維護等眾多領域展現出巨大應用潛力。在露天環境中，石材、混凝土、磚、瓦和灰漿等建筑材料的風化會對整個建筑的結構、功能和外觀造成嚴重危害，這引起了全世界越來越多的關注。超疏水性表面具有抑制液體附著/滲透、自發表面自潔和阻礙細菌細胞附著等功能，是理想的多功能保護涂層。然而，盡管其多功能性很吸引人，近年來也有大量材料被報道，但阻礙其規模化生產和應用的幾個缺陷仍未得到有效解決，包括化學/機械/耐候性差、透明度低、在潮濕環境中抑菌效果不足、制備過程使用有毒和不環保的原材料等。本文綜述了當面面臨的關鍵瓶頸，并深入探討了其背后的機理。然后，針對瓶頸的具體改善策略進行了詳細分類討論。此外，考慮到建筑材料的物理化學性質，以及石質建筑遺產保護和露天應用環境的特殊要求，對新興策略的可行性和利弊進行了綜合評估，最后概論了該領域的未來發展前景。

  本文全面概述了超疏水材料的制備、應用和性能方面的挑戰，以及其在建筑材料、石材遺產保護應用中的瓶頸、機遇和前景。由于超疏水表面特殊的潤濕性能，其高靜態水接觸角可以減少建筑材料因水而產生的劣化；低滑動角度有助于清理表面污染物，有助于恢復石質遺產原始外觀和藝術特征。因此超疏水材料在建筑和石質遺產可持續保護領域展現出巨大應用潛力。

  但在實際應用中，超疏水材料仍然有其缺陷。首先，在露天工作環境中，超疏水表面會遭受如物理磨損、化學腐蝕、生物繁殖、環境老化等破壞。在此過程中，材料表面微納粗糙結構的損傷和/或低表面能物質的消耗，會縮短超疏水表面工作壽命。耐久性不足是制約超疏水表面實際應用的主要瓶頸之一。同時，露天環境中存在生物繁殖的風險，而超疏水表面只能抑制微生物的粘附，而不能直接殺死微生物，其抑菌性能不足。此外，如果在歷史建筑和文物保護中使用超疏水材料，必須考慮其對基材表面色彩和藝術特征的影響。這些具有特殊歷史和藝術價值的基材要求表面保護涂層具有高透明度。然而，超疏水表面的微納粗糙結構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，需進一步平衡。最后，由于制備中通常使用大量含氟化物質、納米材料，超疏水表面會帶來潛在的環境和健康風險。為了改善上述瓶頸，我們對新興策略進行了深入討論。必須注意的是，考慮到超疏水表面露天的工作環境，以及面向天然/合成建筑石材、石質建筑和文物保護的特殊需求，并非所有新開發的方法都適用。

圖2 論文圖片摘要

圖3 超疏水表面失效機理

圖4 構建堅固微結構的超疏水表面設計策略

圖5 構造保護性盔甲的超疏水表面設計策略

圖6 引入自修復體系的超疏水表面設計策略

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

通訊作者簡介

  曹頤戩，博士，副教授，兼任考古探測與文物保護技術教育部重點實驗室副主任；先后在意大利獲碩士、博士學位，并在意大利國家研究委員會地球科學與地質資源研究所工作。圍繞文物保護技術研究，主持國家自然科學/社會科學基金等項目多項，參編英文專著2部，發表論文20余篇，相關技術成果在意大利威斯尼Chiesa degli Scalzi教堂修繕工程、Laporecchio教堂壁畫修復工程規模應用，應用效果榮獲國際文物修復獎2項，并受到英國泰晤士報、香港南華早報、新華社和光明網等國內外主流媒體報道和好評。

  董文強，博士，研究員，現任考古探測與文物保護技術教育部重點實驗室主任、西北工業大學材料科學與考古研究中心主任，“一帶一路”文化遺產國際聯合研究中心陜西省國合基地主任，“一帶一路”文化遺產國際合作聯盟秘書長，兼任中國文物保護技術協會文物保護技術裝備專委會主任、中國文物保護技術協會工業遺產保護專業委員會副主任委員；主持文化遺產領域國家級、省部級等科研項目10余項，包括國家重點研發計劃課題2項，文旅部項目1項，擔任陜西省“兩鏈融合”文化遺產保護利用重點研發計劃首席專家；擔任重載無人機文物勘測任務艙總設計師；出版各類教材、學術專著5部，獲省部級獎項4項。

  Mara Camaiti，意大利國家研究院地球科學與地球資源研究所資深研究員，意大利博洛尼亞大學、佛羅倫薩大學文化遺產保護科學專業客座教授，意大利知名文物保護專家。主要研究方向為磚石質文物保護與修復，主持完成Loggia del Lanzi、Basilica di Santa Trinita、Chiesa degli Scalzi等10余項意大利地標性古建筑修繕工程，發表學術論文近百篇，出版專著3本。