仿生无氟超疏水木材：微纳二元结构工程构建化学稳定与机械强韧的绿色材料

本文推荐一种受弹尾虫表皮启发的无氟超疏水木材（SHW）制备策略，通过十八胺（ODA）与十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）的协同作用，构建了具有微纳二元结构的化学键合界面。该技术克服了传统含氟材料的生态毒性及涂层易剥离问题，材料表现出>150°的接触角（WCA）、48小时浸泡后仅6.68%的体积膨胀率，并在酸碱环境、机械磨损及紫外线照射下保持超疏水性。这一绿色方法为耐久性超疏水木材产品提供了新思路，适用于建筑外立面及功能性家具设计。

　　

Highlight

这项研究基于弹尾虫表皮的仿生学原理，提出了一种无氟超疏水木材（SHW）的制备策略。通过十八胺（ODA）与十八烷基三甲氧基硅烷（OTS）的协同作用，成功构建了具有微米-纳米级二元结构的化学键合界面。该策略不仅解决了传统含氟材料的生态毒性问题，还克服了涂层易剥离的缺陷。

Surface morphology and roughness

天然杨木（NW）的横截面可见导管和木纤维等细胞组织（图2a）。经ODA浸渍后，木材横截面形成均匀致密的微米级基底（图2b），其表面附着的ODA颗粒呈不规则椭圆形（长轴60–80 μm，短轴30–40 μm）。OTS水解生成的纳米硅簇进一步与ODA协同，形成微纳复合粗糙结构，显著降低表面自由能。

Conclusions

本研究通过模仿弹尾虫表皮的微纳结构，开发出环境友好型无氟超疏水木材。ODA通过氢键锚定于木材纤维素羟基形成微米基底，OTS水解缩合生成纳米硅簇，构建交联的微纳粗糙结构。该设计在酸碱、机械磨损及紫外线老化等严苛条件下仍保持超疏水性，为绿色超疏水木材的户外应用提供了新范式。