综述：仿生功能表面的可持续性与抗冲击性综合评述

《Sustainable Materials and Technologies》：Sustainability and impact resistance of biomimetic functional surfaces: A comprehensive review

本综述系统评述了仿生功能表面在机械稳定性、化学稳定性、热稳定性及自修复能力方面的最新进展，重点探讨了通过微纳结构设计、高强度材料应用（如SiO2/TiO2）、化学改性（如PTES）和先进制备技术（如CVD、电纺丝）提升表面耐久性与抗冲击性的策略，为工业应用提供重要理论支撑。

　　

功能表面稳定性

仿生功能表面的失效机制涉及机械应力、化学降解、生物污染、温度波动和紫外线照射等多重因素。机械失效常由摩擦、磨损或冲击引起，导致微纳结构损伤；化学降解则源于表面涂层侵蚀或化学环境变化；而温度与紫外辐射会诱发材料老化，进而削弱其超疏水、抗腐蚀等特性。这些因素共同制约了功能表面在真实环境中的长期应用。

机械稳定性

功能表面的机械稳定性是维持其疏水性能的关键。研究表明，通过优化微纳结构形貌（如微锥柱阵列、树枝状结构）并结合高强度材料（如SiO₂纳米颗粒、石墨烯），可显著提升抗磨损与抗冲击能力。例如，Wang团队通过沉积-热处理工艺在Ag/Cu/PDMS/PC表面构建微纳树枝结构，实现了167.8°接触角和0°滚动角，且在500次弯曲测试和100 cm水滴冲击下仍保持稳定。Zhang等人利用GP-SiO₂-FDTS涂层，通过SiO₂的硬质特性与石墨烯的润滑效应，赋予表面卓越的机械耐久性。

化学稳定性

功能表面的化学稳定性取决于其抵抗化学侵蚀的能力。低表面能物质（如氟硅烷）与微纳结构的结合可有效隔离水分和腐蚀介质，但强酸、强碱或有机溶剂仍可能导致涂层降解。研究通过引入共价键合、交联涂层和弹性基质（如聚氨酯丙烯酸酯PUA）增强界面结合力。Liu团队采用“光聚合-水解缩聚”策略构建共价交联网络，显著提升了聚合物薄膜（CSPF）的化学耐受性。Das等人则通过梯度化“化学活性”涂层，实现了对水粘附力的精确调控。

热稳定性

温度变化会影响表面微结构与化学稳定性，导致功能衰减。高热稳定性要求材料在宽温域（如500°C）内保持性能。Bayer团队通过溶液浇铸与热处理，将聚四氟乙烯（PTFE）与石墨烯复合，制备出耐500°C高温的导电薄膜。紫外线辐射产生的活性电子与羟基自由基会氧化有机组分，降低稳定性。Isimjan等人采用层层沉积技术将TiO₂与SiO₂纳米粒子交替堆叠，并经PTES改性，获得了静态接触角>165°、滑动角<1°的高稳定性表面。

自修复功能表面

自修复技术是提升功能表面耐久性的前沿方向。通过微胶囊、聚合物基质或光响应材料（如TiO₂），表面可在损伤后实现自我修复。例如，受损后修复组分在外部刺激（光、热）下迁移并重塑表面结构，恢复疏水性或抗腐蚀性。当前研究聚焦于极端化学环境下的涂层机械稳定性与自修复效率的协同优化。

总结与展望

本综述系统总结了提升功能表面可持续性与抗冲击性的多类策略：

（1）通过耐久微纳结构设计、高强度材料（如SiO₂、石墨烯）和先进工艺（如激光加工、CVD）增强机械稳定性；

（2）利用共价键合、交联涂层和梯度化设计提升化学稳定性；

（3）选用高热稳定材料（如陶瓷、PTFE）和紫外屏蔽组分（如TiO₂/SiO₂复合）改善热稳定性；

（4）开发自修复系统（微胶囊、光响应材料）实现损伤后功能再生。

未来研究需进一步探索多稳定性协同机制、低成本规模化制备及极端环境下的长效耐久性，以推动仿生功能表面的实际工业应用。