超疏水材料因其卓越的防水特性而在医院、日常生活和各种工业领域得到广泛应用，如自清洁、除冰、防腐、减阻、油水分离。超疏水性通常被定义为一种独特的表面特性，其水接触角（WCA）超过150°，水滑移角（WSA）低于10°。这种特殊的润湿性表明超疏水表面具有优异的防水性。超疏水性的原理实际上是基于在低表面能的表面上构建微纳粗糙结构。因此，超疏水表面通常是通过在材料表面引入微纳米粗糙结构，或在已经具有表面粗糙度的材料上沉积低表面能层来构建。超疏水表面的一个主要缺点是它们容易损坏，导致使用寿命有限。因此，对开发能够抵御各种环境条件并延长其使用寿命的耐用超疏水织物的需求日益增长。
人们经常从大自然的“自愈”策略中汲取灵感，并将其应用于超疏水材料，以延长其使用寿命。超疏水性的丧失通常由两个因素造成：暴露于恶劣环境（如有机溶剂、磨损或紫外线辐射）会导致表面微纳粗糙结构的破坏（纳米颗粒脱落或基材磨损）或表面自由能的增加（疏水长链的氧化或解体）。基于超疏水性丧失的原因，自修复途径包括修复微纳粗糙结构和恢复低表面能层。然而，传统的自修复方法（如温度、潮湿环境和紫外线诱导）存在设备要求高、能耗增加和成本高等缺点。
太阳能作为一种可再生且环境友好型能源，受到众多科学家的高度关注，而光热转换是利用太阳能最直接的方法。因此，将光热转换引入自修复中，以便更快、更容易地修复失去超疏水性的材料。当环境光线不足时，如雨天或夜间，光强的变化不可避免地影响光热转换和自修复的效率，这些缺点可以通过方便地使用焦耳加热来减轻。
近年来，聚吡咯（PPy）因其优异的稳定性和电热效应而备受关注。在以往的研究中，大多采用球形PPy和其他导电物质掺杂来增强焦耳热效应。但使用模板生成花椰菜状、管状和纳米线的PPy比不使用模板生成的普通球形PPy具有更好的焦耳热效应。当施加电压时，电流通过PPy，导致电子和声子之间发生非弹性碰撞。这些碰撞产生的能量使织物表面温度升高，从而加速低表面能分子的迁移。
近期，天津工业大学任海涛团队通过简单浸渍和原位聚合法制备了一种能够实现全天候修复超疏水层的棉织物。
以棉织物为基材，使用Safranine T在棉织物上形成独特的花椰菜状聚吡咯（PPy）；随后将氮化钛（TiN）浸渍到织物上，与PPy一起构建超疏水层的微纳粗糙结构，然后在表面接枝聚二甲基硅氧烷（PDMS），获得具有超疏水性的PPy@TiN/PDMS棉织物。该织物在可见光-近红外区域具有较强的光吸收能力，而且具有良好的焦耳热效应，最高温度可达116.3°C（光照强度为5个太阳）和128.5°C（电压8V）。经过空气等离子体蚀刻后，该织物在光照或低电压条件下，水接触角（WCA）能快速恢复至156°。
即使在强酸或强碱环境中，该织物也表现出优异的长期稳定性。此外，该织物还具有优异的自清洁和油水分离性能。在分离不同油水混合物时，其分离效率始终保持在98.0%以上。即使经过10次油水分离循环测试，其分离效率仅下降了1.0%。因此，本研究为延长超疏水性材料的使用寿命和解决废油处理问题提供了新的思路。
PPy@TiN/PDMS棉织物制备工艺示意图
数据来源与出处
相关研究成果发表在最新一期的《Progress in Organic Coatings》上。
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