仿生材料的水下油接触角源于自然的油水分离

水下油接触角的测试是评估仿生材料疏油性能的关键技术。通过接触角测量仪，研究人员可以定量分析材料在水环境中的抗油黏附能力。测试结果通常显示，高性能仿生材料的水下油接触角可达160°以上。

例如，一项研究中，通过一步浸渍法将TiO2纳米颗粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)原位固化到不锈钢网上制备的超亲水/水下超疏油油水分离膜，在水中油的接触角达160°。测试过程不仅包括静态接触角的测量，还涉及动态接触角分析，如滚动角的测定。壳聚糖/聚乙烯醇/SiO2纳米颗粒涂层的水下油接触角达到153.4°，滚动角约为3°，表现出低黏附水下超疏油特性。这种低粘附性意味着油滴在表面上极易滚动离开，是实现自清洁功能的关键。

先进的研究还会考察材料在不同环境条件下的稳定性，如在强酸、强碱和盐水溶液中测试其接触角的变化，以评估材料在复杂实际环境中的适用性。目前，研究人员已开发出多种类型的仿生超浸润材料，主要包括超亲水/水下超疏油材料和超疏水/超亲油材料两大类。

超亲水/水下超疏油材料模仿了鱼鳞的表面特性。这类材料通常由亲水组分构成，如聚苯胺、壳聚糖等，并结合微纳结构设计。TiO2纳米颗粒是常用的微纳结构构建单元，通过与聚合物协同作用，可在不锈钢网等基底上构建稳定的超亲水/水下超疏油表面。

超疏水/超亲油材料则更多受到荷叶效应的启发。这类材料通常通过构筑粗糙表面并结合低表面能物质修饰来实现。例如，通过电沉积法在铜网表面制备铜镀层，然后经硬脂酸修饰制得具有仿生超疏水性能的滤网，其接触角高达165°。制备这些材料的方法多种多样，包括电沉积法、化学接枝法、一步浸渍法等。其中，电沉积-化学修饰协同工艺和化学接枝法能够实现微纳结构的精确调控，从而获得性能优异的油水分离材料。

仿生超浸润材料在油水分离领域展现出巨大的应用潜力。海洋溢油事故和工业含油废水处理是对这类材料的迫切需求领域。具有超亲水/水下超疏油特性的分离膜，如TiO2/PVP-SS膜，油水分离效率大于99.5%，膜通量可达8422.5L/(m2·h)。这种高效率和高通量使得快速处理大量含油废水成为可能。

材料的长效稳定性和循环使用性是评估其实际应用价值的关键指标。研究表明，超疏水/亲油复合陶瓷颗粒滤料（OFMSPsC）在经过10次循环使用后，分离效率仍维持在85%以上，而仿生超疏水铜网滤网反复使用15次后仍能达到90%以上的分离效率。除了油水分离，这类仿生材料在自清洁、防污、抗腐蚀 等领域也有广泛的应用前景。例如，具有水下超疏油特性的透明涂层可用于太阳能电池盖板、触摸屏、玻璃、照相机镜头等，防止外界环境中的灰尘、油污和腐蚀性液体的污染。

研究人员曾开发出一种超疏水/亲油复合陶瓷颗粒滤料，通过外磁场实现快速回收和重复使用，对多种油类污染物的分离效率超过93%，即使在强酸、强碱和机械磨损条件下仍保持稳定性能。从鱼鳞到人工分离膜，从荷叶到自清洁表面，自然界的智慧正在被转化为解决人类面临环境挑战的技术方案。