鎂合金具有密度低、比剛度和比強度高等特點，在汽車、電子、航天航空等領域具有廣泛的應用前景。但是，鎂合金的化學性質非常活潑，易發生腐蝕，導致其應用受限。近年來發展的超疏水表面具有抗腐蝕、防污等功能，不僅可以為鎂合金提供防護作用，還能賦予其自清潔能力，有助于擴大鎂合金的應用領域。然而，目前文獻報道的鎂合金超疏水表面構筑過程往往需要兩個步驟才能完成——先在鎂合金表面上制備具有合適粗糙度的精細微-納結構、隨后利用低表面能物質修飾以降低表面能。這種傳統的兩步構筑方法操作繁瑣復雜、費時費力，不利于鎂合金的大規模工業化處理。特別需要指出的是，通過兩步法構筑的超疏水表面耐久性不佳，在應用過程中其超疏水性很容易遭到破壞。因此，發展簡便的一步法構筑具有優異耐久性的多功能鎂合金超疏水表面具有非常重要的意義。

最近，重慶大學國家鎂合金材料工程技術研究中心潘復生院士團隊開發了簡便的一步噴涂法，在鎂合金表面構筑了PMMA/Zn(C₁₇H₃₅COO)₂耐久性多功能超疏水表面。利用接觸角測量儀（CA）、場發射掃描電子顯微鏡（FESEM）、X射線光電子能譜（XPS）和傅里葉紅外光譜（FTIR）分別表征了表面的潤濕性、微觀形貌和化學成分，同時，采用多種方法系統研究了所構筑表面的性能和功能，包括耐機械破壞性能（耐砂粒沖擊、耐水滴沖擊、耐砂紙磨損、耐膠帶剝離）、在酸堿鹽介質和有機介質中的化學穩定性、耐高溫性能以及耐腐蝕、防污和隔熱功能，并基于上述性質表征和性能測試的結果，對膜層的成膜機理和耐久性機制進行了分析討論。

如圖1所示，清潔的AZ31鎂合金基底表面靜態接觸角為67.3°，呈現親水性；采用一步噴涂法所構筑的鎂合金表面靜態接觸角為157.0°，滾動角為6.0°，呈現超疏水和低粘附性。場發射掃描電鏡測試結果顯示表面膜層呈紫菜狀形貌。X射線光電子能譜和紅外光譜結果表明，表面膜層的主要化學成分為硬脂酸鋅（Zn(C₁₇H₃₅COO)₂）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其中硬脂酸鋅的長烷基鏈賦予了表面非常低的表面能。

圖1 (a)AZ31鎂合金基底的表面潤濕性及(b)染色水滴在其表面的數碼照片，(c)噴涂處理后的AZ31鎂合金表面的潤濕性及染色水滴在其表面的數碼照片(插圖)，(d)水滴在噴涂處理后的AZ31鎂合金表面的滾動角

圖2和圖3展示了一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品的耐砂粒沖擊（≥ 20 min）、耐水流沖擊（≥ 180 min）、耐摩擦磨損（1.0 kPa，≥ 1250 cm）、耐膠帶剝離（≥ 2.15 kPa）、耐酸堿性（pH = 1~13）、耐有機溶劑浸泡（≥ 24 h）和耐高溫（200 °C，≥ 24 h）的能力，證實了樣品具有優異的耐久性，可以抵抗機械、物理和化學的多種破壞。

圖2 一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品在(a)砂粒沖擊實驗，(b)水流沖擊實驗，(c)摩擦磨損實驗，(d)膠帶剝離實驗中的表面潤濕性變化，(c)和(d)中的插圖對應于實驗結束后樣品的FESEM照片和水滴在樣品表面彈跳的數碼照片

圖3 (a)不同pH值液滴在一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品表面的接觸角，(b)一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品在不同有機溶劑中浸泡24 h過程中的接觸角變化(插圖為在乙醇中浸泡24 h后樣品的FESEM照片)，(c)一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品在200 ℃下儲存24 h過程中的接觸角變化

一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品還展示出抗腐蝕、防污和隔熱的功能。圖4為AZ31鎂合金基底和一步噴涂法制備的AZ31鎂合金超疏水樣品在3.5 wt% NaCl腐蝕介質中的電化學阻抗譜Nyquist圖，利用圖中的等效電路解析阻抗譜，得出超疏水膜層的阻值約為1.23 × 10⁵ Ω·cm²，表明膜層可以有效阻止鎂合金-腐蝕介質界面處的電荷轉移，賦予鎂合金抗腐蝕的功能。圖5展示了一步噴涂法制備的鎂合金超疏水樣品表面防污（自清潔）和隔熱的功能。

圖4 (a)AZ31鎂合金基底和(b)一步噴涂法制備的AZ31鎂合金超疏水樣品在3.5 wt% NaCl腐蝕介質中的電化學阻抗譜Nyquist圖(插圖為解析阻抗譜所用等效電路)

圖5 (a)水滴在一步噴涂法制備的AZ31鎂合金超疏水樣品表面的彈跳行為，(b)AZ31鎂合金超疏水樣品表面的防污功能，(c)AZ31鎂合金超疏水樣品的隔熱功能

此外，本研究還對一步噴涂法制備的超疏水膜層的成膜機理和耐久性機制進行了分析討論：通過硬脂酸對ZnO改性，得到具有低表面能的硬脂酸鋅（Zn(C₁₇H₃₅COO)₂），該物質能提供合適的粗糙度和降低表面能。噴涂聚合物——聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）形成的網狀結構，可包裹和纏繞Zn(C₁₇H₃₅COO)₂顆粒，增強結合力，因此構筑的PMMA/Zn(C₁₇H₃₅COO)₂超疏水表面具有優異的耐久性。

本研究報道的一步噴涂法構筑鎂合金PMMA/Zn(C₁₇H₃₅COO)₂耐久性多功能超疏水表面，具有操作簡便、性能優異、功能強大的特點，具有重要的推廣應用價值。