一步法制备在恶劣条件下具有稳定力学性能的超疏水织物

为什么干爽舒适的衣物很重要

被暴雨淋湿或把热咖啡洒在腿上的人都知道，湿衣服不仅让人不舒服。对徒步者、工人、运动员和医务人员而言，保持干燥既关系到舒适也关系到安全。然而，许多防水外套和裤子在经过几次清洗或粗糙使用后就失去效果，而且有些依赖的化学品因健康和环境问题正受到审查。

让织物保持干燥的新方法

这项研究介绍了一种简单的一步法，可使多种织物表面具有极强的抗水性，同时保持轻便、透气和柔软。作者将该处理称为分子自组装的稳健超疏水壳（MARS）。该工艺不是使用松散颗粒或持久的含氟化学物，而是在每根纤维上原位生长一层薄且紧密结合的二氧化硅与类蜡链构成的壳体。由于该壳体通过化学键结合，因此能抵抗会迅速损坏普通涂层的摩擦和弯曲。

从微小的土壤生物中汲取灵感

这一想法来自弹尾虫——生活在潮湿土壤中却能保持表面干燥的微小动物。它们外层布满小型蘑菇状凸起和细微脊纹，可困住空气并使水难以附着。研究者通过在纱线表面形成类似的小凸起与纳米粗糙结构来模拟这一点。他们将扭曲的纱线拉过一种廉价溶液，该溶液含有两种基于硅的成分。在潮湿空气中，一种成分快速与纤维表面反应形成类玻璃骨架，而另一种成分则加入讨水性长链油性链。两者共同在每根纤维上形成具有蘑菇状突起和粗糙外皮的薄壳。

从单根纤维到成品服装

由于壳体在编织或针织之前就在单根纤维上形成，抗水效果能经受住纺织制造过程中的应力。经过处理的棉、羊毛、聚酯和尼龙单纤维都表现出极强的抗水性，甚至对通常容易粘附的微小液滴也能排斥。当这些纱线被编织或针织成面料时，成品织物表现出很高的接触角和很低的滑落角：水滴停在织物纹理的尖端，下方困有空气。团队甚至用处理过的纱线在未经处理的布料上绣出彩色图案，图案保持干燥而周围织物吸收染色水，且对颜色和手感几乎没有影响。

对织物的严苛测试

作者随后将这些处理过的纺织品置于远超日常使用的测试中。在喷雾测试中，织物在远高于标准评级水平的水量下仍保持干燥，并能抵御饮料和汽水的溅洒。在模拟降雨和模拟极端风暴的高速水柱冲击中，液滴弹开而不被浸透。经该处理的T恤、紧身裤、鞋子、袜子和帆布在多种磨损情形下均表现良好：数万次磨损循环、背着背包在跑步机上长时间摩擦、反复拉伸、刷洗、胶带剥离和落砂测试。即使机洗多达二十次，织物仍保持强烈的抗水性。经过一年户外暴露——阳光、风暴、冰冻和高温——仅出现轻微褪色且性能得以保留。

应对高温、蒸汽与安全性

许多防水服在接触高温水或蒸汽时会失效，这可能导致烫伤风险。经MARS处理的织物在85–95 °C热水、高压热咖啡和160 °C蒸汽下仍能保持排水性，即便经历沸水与液氮的快速温度往返。测试表明，该涂层有助于阻止蒸汽在织物内部冷凝，同时仍允许空气流通，因此织物保持透气。在水下，经处理的紧身裤保持一层明亮的囊罩气层，并将水阻力比普通织物降低约40%。细胞实验表明，涂层中使用的材料对细胞的伤害远低于一种常见的含氟防水整理剂。

这对未来装备意味着什么

通俗来说，这项工作指向可在大雨、粗糙使用、热液体和反复清洗中保持干爽舒适的衣物、鞋类和功能性纺织品，而无需依赖持久的含氟化学品。通过在每根纤维上以一步低成本工艺构建坚固的弹尾虫式壳体，MARS方法提供了一种将强抗水性与柔软、透气和环境意识相结合的途径。这可能惠及户外装备、防护制服、运动服以及需要耐用性且与皮肤温和接触的未来智能织物。

引用: Liu, Z., Zhao, K., Ma, J. et al. One-step fabrication of superhydrophobic fabrics with stable mechanical performance in harsh conditions. Nat Commun 17, 4264 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70857-7

关键词: 超疏水织物, 防水纺织品, 无PFAS涂层, 耐用服装, 仿生材料