户外暴雨湿冷缠身、咖啡洒落浸透衣物，纺织品防水性能不足带来的诸多困扰有望被更好解决。近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心董智超研究员团队在耐机械应力持久超疏水材料领域取得新突破。受自然界弹尾虫启发，团队研发出分子组装耐用超疏水壳（MARS）技术，通过一步法实现无氟超疏水织物制备，材料在极端环境下展现出优异的机械稳定性。为下一代防水织物发展开辟全新路径。
在户外、防护、工业等众多领域，具备稳定防水性能的纺织品需求迫切，而传统依赖纳米颗粒或含氟化合物（PFAS）的防水涂层在磨损或恶劣环境中易脱落降解，且面临日益严格的环保监管挑战，难以满足实际应用中的高性能与可持续性需求。
此次研发的 MARS 技术，其灵感来源于经过 4 亿年进化的弹尾虫。在潮湿且多摩擦的泥土环境中，弹尾虫演化出由微型蘑菇状结构与纳米级脊线构成的特殊表皮，这一天然“防水盔甲”让其能在恶劣条件下自由活动，甚至在水面跳跃而不被润湿。研究团队受此启发，开发出一种共价键构筑的分子组装耐用超疏水壳（MARS, Molecularly Assembled Robust Superhydrophobic Shell）技术，通过一步法在单根纱线纤维表面直接构建有序、共价键合且不含氟的烷基覆盖的二氧化硅壳层。
不同于传统离散颗粒或含氟涂层，该MARS技术能与棉、麻、尼龙等多种天然及合成纤维基底形成永久性化学键合，在保持织物原有透气性、颜色及机械回弹性的同时，赋予其卓越的超疏水性能。
为验证MARS织物的耐用性与稳定性，研究团队开展了一系列严苛的系统性测试，结果均展现出优异性能。在动态防水性能测试中，2.4m/s速度的液滴单点连续撞击8万次，织物毫发无损；当液滴速度提升至11.6m/s（相当于百米飞人冲刺速度）时，织物仍保持完好、防水性能不失效。经20次标准洗涤后，其防水等级依旧稳定在行业高标准的4.5级。
极端温度耐受性实验显示，MARS织物具备优异的热稳定性。无论是刚煮沸的开水或9bar压力胶囊咖啡机挤出的咖啡，均无法破坏其超疏水状态。即使经过160°C高温熨烫处理，其超疏水特性仍丝毫未受影响应。甚至在95°C热水与-196°C液氮的极端冷热循环冲击下，织物性能依旧稳定。
机械耐久性评估中，MARS织物经受住多维度的磨损测试：马丁代尔磨损8万次（布料之间摩擦）、Taber磨损2万次（砂轮与布料摩擦）、640斤落沙在4m/s的撞击速度冲击、反复拉伸2万次后，超疏水性能均未衰减。模拟日常使用场景的测试中，刷子磨损8000次，3M VHB胶带剥离500次的测试结果进一步证实，涂层与纤维基底结合极为牢固。
MARS技术将仿生学灵感与可规模化制备工艺相结合，回应了无氟超疏水织物领域的迫切需求。与传统涂层逐步降解的失效模式不同，共价键合的MARS涂层可耐受强烈磨损、高速水流冲击、蒸汽暴露及极端温度循环。
该技术同时解决了PFAS限制带来的环保挑战与传统涂层机械脆弱性的技术瓶颈，为下一代高性能防水织物的发展开辟了新路径。其在户外运动、医疗健康和工业应用等领域具有广阔应用前景，有望推动防水纺织品向兼顾可持续性与高性能的方向演进。
图1 仿生灵感与MARS修饰工艺
a，弹尾虫；b，弹尾虫表皮SEM图像；c， MARS处理加捻纱线；d，处理后纱线的SEM图像；e，水滴在经MARS修饰后的单根纱线上保持接触角约160°
图2 单点连续撞击MARS织物
图3 高速液滴撞击MARS织物
图4 MARS织物耐受热咖啡
图5 MARS织物耐极端温差
新闻中心