分析无氟超疏水材料的研究进展根据Web of Science核心合集的关键词检索结果，“超疏水”和“无氟”相结合的研究领域在过去十年间关注度急剧上升。如图2所示，2015年之前相关研究较为稀少，每年出版物少于10篇。然而，从2017年开始，论文数量开始稳步增长，并在2018年后进入快速增长阶段。在2022年至2024年间，年度发表量达到峰值，超过90篇，这表明该领域已成为材料科学和表面工程的研究热点。无氟超疏水性的基本构建模块要实现无氟超疏水性，避免使用环境持久性的氟化化学品，必须精细设计表面化学和分层粗糙度。其基本构建模块是能够复制通常由全氟化合物提供的拒水性的低表面能分子部分，例如硬脂酸、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、长链烷基硅烷以及天然存在的蜡质。通过溶胶-凝胶合成、静电纺丝、模板法、化学蚀刻和自组装等技术制备的微/纳米结构基底，与这些低表面能改性剂相结合，共同赋予了表面超疏水特性。无氟超疏水材料的分子设计与制备方法无氟超疏水材料的发展在很大程度上依赖于分子设计和表面能控制，这构成了功能涂层创新的理论基础。通过精心定制分子结构、微调表面能水平以及管理功能分子在基底或涂层内的空间分布，可以同时实现超疏水行为和多功能性能。分子设计策略包括选择具有低表面能特性的官能团（如甲基、亚甲基），并优化它们在表面结构中的排列。制备方法多种多样，旨在有效地构建所需的分层微/纳米粗糙度并将低表面能分子固定到基底上。功能化无氟超疏水涂层在腐蚀防护领域的应用腐蚀防护是无氟超疏水涂层的重要功能之一，尤其在工程防护和海洋环境保护领域。无氟超疏水涂层的耐腐蚀性主要源于其独特的表面微纳米结构和化学性质，通过物理隔离、化学钝化和自清洁作用，有效阻止腐蚀介质（如水、氧气、酸碱溶液）的侵入。其防腐机制主要包括Cassie-Baxter气障效应，即在涂层与金属基底之间形成稳定的空气层，阻隔腐蚀性离子的渗透；化学钝化作用，某些涂层成分能与金属表面反应形成保护性氧化膜；以及自清洁效应，能滚落腐蚀性液滴，保持表面清洁。功能化无氟超疏水涂层在油污捕获中的应用无氟超疏水涂层由于其特殊的润湿性、表面结构和选择性吸附能力，在油水分离和油污捕获领域显示出巨大潜力。这些涂层通过强力斥水并优先吸附油来实现高效分离，同时避免了氟化物的使用，符合环保要求。其油捕获机制主要基于选择性润湿性，即对水呈现超疏水性（水接触角WCA >150°），而对油呈现超亲性（油接触角OCA ~0°）。毛细管驱动吸附在多孔或纤维状FFSH材料中起着关键作用，油相在毛细力作用下被快速吸入材料内部。此外，基于重力、泵送或外部压力的分离系统利用FFSH涂层修饰的网膜，允许油通过而阻挡水。功能化无氟超疏水涂层在多环境适应性方面的研究进展本节系统评估了无氟超疏水（FFSH）涂层在极端环境条件下的耐久性，包括深海高压、极端温度变化、紫外线辐射和高盐度。这些因素共同挑战涂层的完整性，需要进行定量评估以了解它们对水接触角（WCA）、附着强度和耐腐蚀性等性能指标的影响。研究表明，涂层的性能稳定性受到多种环境应力的影响，需要开发具有自适应或自修复特性的涂层来应对复杂多变的应用环境。无氟超疏水材料在功能涂层领域面临的主要技术瓶颈尽管取得了显著进展，无氟超疏水（FFSH）材料在可扩展性、机械稳定性和长期耐久性方面仍面临持续挑战，这阻碍了其实际应用。大规模生产均匀、可靠的FFSH涂层仍然存在困难。涂层的机械鲁棒性不足，易因磨损、刮擦而失效。在苛刻环境（如高盐、强UV、酸碱条件）下的长期稳定性仍需进一步提高。此外，在多孔或粗糙基底（如混凝土）上获得良好附着力也是一大挑战。结论无氟超疏水材料代表了一种有前景且可持续的替代传统氟化物的方案，具有优异的疏水性、环境安全性和功能多样性。通过对低表面能分子（如硅氧烷、长链烷基链、脂肪酸、PDMS和生物源化合物）的合理设计以及微/纳米结构的工程化，这些材料在腐蚀防护和油污捕获等关键应用中展现出显著潜力。未来的研究应聚焦于开发可扩展、环境友好且多功能的涂层，并解决机械耐久性、长期稳定性以及在复杂环境下的适应性等核心挑战，以推动其在实际工业中的应用。
