【創科新視野】善用親水性科技 節省日常生活成本
陳 曦 嶺南大學伍絜宜跨學科學院講座教授
人類曾以荷葉「出淤泥而不染」為啟發，研究出「超疏水表面」防污黑科技；而在大自然中，其實還隱藏着另一套截然不同，卻同樣精妙的超親水（Superhydrophilic）「黑科技」。
自然界中不乏「超親水表面」的實例。例如魚鱗表面具備極佳的親水性，讓其在水下能展現出「超疏油」的特質，因此不易被油污黏附；眼角膜表面的淚液，亦是藉此擴散成均勻的液膜以保持濕潤；苔蘚植物「泥炭蘚」更能像海綿般迅速吸水，研究顯示，其最大吸水重量可達自身乾重的二十多倍。
利用納米結構吸水特性
然而，在日常應用的常規材料中，超親水性並不常見，通常需要額外塗敷納米塗層來實現。這項技術可拆解為兩個層面：首先是化學上的「表面能（Surface Energy）調控」（即物體表面對水分子的吸引力），透過在物料表面構建高表面能的納米結構，令水分子接觸的瞬間迅速向四周鋪展，形成均勻水膜而非聚集成水滴；其次是物理結構上的「毛細作用」，納米級的多孔或粗糙結構會產生強大毛細力，瞬間將水分吸入孔隙，並在表面形成連續水膜。
要將這層塗層成功塗敷，製作程序極其講究。工程人員須先以超聲波清洗或等離子技術徹底清潔，並活化基材表面，以達到理想的塗覆狀態；接着因應需求，調配含有特定納米材料（如金屬氧化物或矽基化合物等）的溶液，並精準控制粒徑與濃度。視乎基材形狀和塗層厚度要求，可選用浸漬提拉、旋塗或噴塗等工藝；最後需經嚴格溫濕度控制的乾燥與固化程序，使塗層牢固附着，才能形成穩定的超親水納米結構。
保持清潔 節省維護成本
憑藉自清潔防污、防霧及增強傳熱效率等優勢，超親水納米塗層技術在多個領域極具應用潛力。以高樓林立的香港為例，建築物的玻璃幕牆或太陽能電池板若應用此塗層，只需一場大雨即可將表面的塵垢沖洗乾淨，大幅降低高層幕牆清洗的維護成本。實驗已表明，採用該技術的建築外立面能長期保持清潔，僅靠自然降雨即可完成大部分清潔工作。
在汽車與交通工具方面，擋風玻璃及後視鏡塗上超親水塗層後，能有效防止水霧形成，特別在香港潮濕的春季（如「回南天」），能顯著提升駕駛安全；而車身應用亦能減少污垢附着，省卻頻繁洗車的煩惱。
回到家居生活，超親水塗層可應用於冷氣機、雪櫃等家電的換熱器表面，大幅提升能源效益；浴室玻璃或洗手盆等衞浴產品使用這種塗層後，更可減少惱人的水垢積聚。此外，相機鏡頭或顯微鏡等精密光學儀器領域同樣受益：其光學元件使用超親水塗層後，能有效防止結霧，藉此技術在極端潮濕環境下保持視野清晰，告別結霧困擾。
值得一提的是，油水分離更是超親水材料的一個重要領域。科學家近年開發出「超親水、水下超疏油」的薄膜，讓水分快速穿透的同時阻擋油污，為含油污水處理提供了新思路。筆者領導的嶺大伍絜宜跨學科學院研究團隊早前亦取得進展，成功將源於大自然的聚合物「殼聚糖」與無機納米材料「二氧化硅」結合，製備出複合塗層，塗敷在普通不鏽鋼絲網及聚偏氟乙烯（PVDF）微孔濾膜上，製備出極佳的「超親水／水下超疏油」濾網。這項技術不僅大大提升了油水分離的效率，在處理含乳化油及溶解油的工業廢水時，更展現出強大優勢。
當然，要把這項黑科技大規模普及，學界與業界仍有不少挑戰需要克服。例如微納結構在面對摩擦時的機械耐久度及化學穩定性仍有待加強；加上精密製程帶來的較高成本，如何讓這層「親水魔法」變得既耐用又便宜、「貼地」親民，是材料科學界未來的研究重點。隨着仿生學及納米技術不斷突破，超親水材料的潛能將被進一步釋放，並在未來有望應用於更廣泛的智慧城市生活領域。
