背景

智能材料是近年来在世界上兴起并迅速发展起来的新型材料，智能材料是指能模仿生物体，同时具有感知和控制等功能的材料或结构，它既能感知环境状况又能传输分析有关信息，同时作出类似有生命物质的智能反应，如自诊断、自适应或自修复，这种材料具有4种主要功能：（1）对环境参数的敏感；（2）对敏感信息的传输；（3）对敏感信息的分析、判断；（4）智能反应。设计智能材料（系统）的指导思想有两种：一是材料的多功能复合；二是材料的仿生设计[1]。

在自然界中，许多生物由于受”物竞天择，适者生存”规律的制约都在长期进化中具有了特殊的结构，从而它们具有特殊的性能以能从恶劣的环境中得以生存和发展。疏水性和自洁性是自然界中许多动植物具有的性能。如蝴蝶的翅膀、荷叶[2]和水稻叶的表面、鸭和鹅的羽毛等。

一般来说，自然产生的自清洁表面含有由蜡晶粒组成的疏水面层，疏水动植物的表面结构性质导致了它们的自净能力。尽管表面的浸润性是由表面组成和表面微观结构两方面所决定但该研究结果表明浸润性对表面微观结构依赖性更大，只要能构筑合适的表面仿生微观结构，无需低表面能物质的修饰就可得到类似荷叶的自清洁仿生表面。

一、超疏水自洁

当材料暴露在空气中时，由于静电作用而易于吸附灰尘等污渍。由于超疏水表面具有优异的超疏水性能以及低表面粘滞性，液体在表面上具有很大的接触角以及很小的接触面积，当其从表面快速滚落时会将表面的污渍和灰尘颗粒带离，从而实现了材料表面的自清洁性能，近年来，自然界中的超疏水（接触角大于150#176;，滚动角小于10#176;）与自清洁现象引起人们的研究兴趣。人工制备超疏水表面可用于汽车车窗、建筑物的玻璃窗以及玻璃外墙的防污，用于雷达、天线表面能够防止由于雪雨粘连而导致的信号衰减，材料的表面超疏水化可抑制微生物在物体表面的粘附，抑制聚合物表面的凝血现象，用于输水、输油内管壁可降低流体阻力等。超疏水表面的研究已成为热点课题，涉及到植物学、化学、材料学、工程力学等多门学科[3-4]。

二、超亲水自洁

一般认为，水接触角小于5～10#176;即为超亲水表面[5]。此时，基底表面能很好的被水滴润湿，水滴在表面迅速扩散开来形成薄的致密膜层，从而将污染物/基底的界面取代，污物在水膜的扩散流动及外部风力等作用下中被带走冲刷除去。利用纳米TiO2光催化超亲水薄膜制备自清洁表面研究较多[6]。

三、刺激响应自洁

近年来，能够感知外界环境变化（pH值、温度、离子强度、光、溶剂等）并实时改变自身性能参数的智能材料日益受到人们的关注。随着对智能材料研究工作的不断开展，刺激响应型聚合物引起了科研工作者越来越浓的兴趣，并成为这一前沿课题中重要的研究对象。聚合物刷是由聚合物分子链的一端连接到基体表面或界面上，另一端相对自由而形成的一种高密度/刷子状的聚合物，由于位阻效应，聚合物链为了避免相互重叠，自由端向与界面相垂直的方向伸展，分子链处于一定的拉伸状态，当受到外界环境刺激，如溶剂、温度、离子强度、pH、光等发生变化时，相应的刺激响应型聚合物刷的分子链会产生构象的变化，导致高分子刷和基体的相关性能的变化[7]。