近日，经典的防水三色塑料布在网络上引起了广泛关注。无论是电子科技类产品、户外衣物，还是房屋建筑，都与防水材料息息相关。我们生活中的防水材料，是怎么样才能做到无惧雨水，为我们“保驾护航”的呢？

　　塑料布在防水材料领域可谓是“全能手”，由于价格实惠公道、使用起来更便捷、防水能力出色，频繁“现身”于众多应用场景中。

　　塑料布通常由聚合物材料制造成，如聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）。这些材料具备较长的含碳分子链，或者疏水的侧链（甲基或者氯原子），表现出比水低的表面能，水分子可以很轻松地从材料表面滑走，减少了雨水的聚集。

　　表面能能够理解为固体与液体之间的一种相互作用力，如果材料的表面能低，固体与液体间的相互作用力较弱，液体很难在固体表面停留和铺展，从而表现出疏水性。

　　此外，聚合物材料内部分子结构较为紧密，分子间的空隙非常小，水分子很难穿透材料表面，这是塑料布防水的另一个重要原因。

　　沥青是常见的建筑防水材料之一，由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成，呈现为黑褐色，并且散发出臭臭的味道。沥青的分子结构较为紧密，不透水，并且由于大量碳氢化合物的存在具有很强的疏水性，是一款防水效果很好的材料。

　　沥青在常温条件下为固态或半固态，使用时常常要加热。沥青在加热后流动性增加，能够更好地填补细小的缝隙，阻止水的渗透。

　　电子产品的防水主要与结构设计和纳米镀膜有关。结构设计是通过防水胶条和密封圈提高手机拼接部分的密闭性。而纳米镀膜则是为设备表面及内部元器件披上“防护服”。

　　纳米镀膜是利用硅烷、氮气等为原料，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的方法，可以在电子设备表面和内部半导体元器件的表面沉积一层致密的疏水纳米镀膜（硅基材料）。当水滴接触电子设备表面时，疏水镀膜的存在会使水滴快速滑落。即使有水滴进入到设备内部，元器件表面的镀膜也会防止水滴对电路的损坏。

　　防水材料的防水性能与两个因素相关，一是疏水性；二是水滴的渗透性。作为户外穿着的服装，不仅要有好的防水性，还需要兼具良好的透气性。

　　孔隙结构是材料透气的根本原因，但是孔隙又会导致水滴穿过，防水能力下降。太矛盾了！怎么样才可以做到既防水又透气呢？

　　被誉为“世纪之布”的GORE-TEX科技面料，成功地解决了防水和透气的矛盾，成为户外运动装备中最受喜爱的材料之一。

　　GORE-TEX材料主要由聚四氟乙烯（PTFE）薄膜组成，该薄膜包含上亿个微孔结构，这些微孔的尺寸为微米级，比液态的水滴小上万倍，但是水蒸汽分子却能轻松透过。

　　户外运动时，由于材料具备很好的疏水性，加之较小的孔隙，水滴几乎不会穿透材料。而内部的汗液会以水蒸汽的形式通过微孔排出，在防水和透气的选择中，达到了“都要”的效果。

　　2023年8月，中国科学家在国际知名期刊《先进材料》（《Advanced materials》）发表了一项关于摩擦电纳米结构的高性能防水和高排汗性能的纳米织物，这种织物可通过摩擦发电促进织物排汗。

　　研究者通过带电液体喷射的技术，将疏水性铁电聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）和亲水性聚氨酯（PU）结合，制备了一种复合织物。该织物的孔径仅为0.62微米，孔隙率高达78%，有很大效果预防了水滴穿过，并提供了更多水蒸汽通道，促进排汗。

　　织物外表的PVDF-HFP纳米膜具有疏水的特性，水滴不易在表面停留。此外，PVDF-HFP纳米膜在机械拉伸的作用下还可以产生摩擦电压，在电场和亲水性PU纳米结构被动排汗的共同作用下，汗液被转化为更小的水分子，更容易通过复合织物的微孔结构排出体外。

　　研究根据结果得出，该复合织物展现出高防水性（静水压力，129千帕）和透气性（蒸汽渗透速率，3736克每平方米每天）。与商用聚四氟乙烯膜相比，复合织物具有较低的蒸发阻力（13.1 Pa·m2· W-1）和热阻（3.9 mK·m2·W-1），具有更加好的湿热舒适性。

　　从传统的沥青和橡胶材料到现代的纳米复合材料，防水材料的创新不断拓展科技的边界。随着科学技术的进步，我们期待未来有更多高效、环保的防水材料涌现，为我们的生活品质带来更大的提升。

　　[3]蒋源生.新型柔性篷体材料的研制及应用开发[J]. 产业用纺织品, 1996.

　　[4]于威,刘丽辉,侯海虹,等.螺旋波等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜[J]. 物理学报, 2003.