超疏水表面在空气中长期暴露后,接触角从160°降至120°,主要是由于表面微纳结构被环境中的灰尘、污染物或有机物覆盖,导致空气层被挤出,液滴从Cassie-Baxter状态向Wenzel状态转变 。
具体来说,超疏水性依赖于两个关键因素:低表面能材料(如氟化物)和多级微纳粗糙结构,二者共同作用使水滴下方形成稳定的空气囊,呈现高接触角和低滚动角 。然而,在长期暴露过程中:
结构退化:空气中的颗粒物沉积或化学腐蚀会破坏微米/纳米结构,降低表面粗糙度,削弱捕获空气的能力 。
化学老化:低表面能涂层(如硅烷或氟碳膜)在紫外线、湿气或氧化作用下发生降解,表面自由能上升,亲水性增强 。
润湿状态转变:原本的Cassie-Baxter状态(液滴悬浮于气穴上)逐渐转变为Wenzel状态(液滴完全浸润凹槽),导致接触角显著下降 。
实验表明,微结构超疏水表面在高电场和持续喷水条件下老化34小时后,粗糙度仅减少11.3%,仍保持超疏水性;而商用涂层粗糙度下降29.8%,疏水性明显退化 。这说明结构稳定性对长期性能至关重要。