昂貴沖鋒衣“一洗就廢”？中國黑科技讓棉、麻、羊毛變抗暴雨布料

沖鋒衣洗幾次就“失效”？這種糟心時刻，迎來了終極解決方案。

受蟲子啟發，中國科學院理化技術研究所研究員董智超團隊研發出一種“黑科技”，可以不依賴含氟化學品，讓普通棉、麻、羊毛乃至化纖織物，變成能抵御暴雨沖擊、承受上萬次摩擦、扛住“冰火兩重天”極端考驗的超級防水面料。

用超疏水纖維做出的棉T恤。

向蟲子取經

這項研究的靈感，源自一種不起眼的“防水大師”——跳蟲。跳蟲，學名“彈尾蟲”，是節肢動物門中的一個古老類群。這種體長僅毫米級的微小昆蟲，在地球上生存了4億年，能彈跳至自身高度200倍以上。

當董智超在中國科學院西雙版納植物園的石縫里看見它時，驚訝極了：“這種蟲子生活在潮濕泥濘的土壤和巖石縫隙中，不僅能保持身體干爽，還在反復彈跳時與巖石的碰撞中保持表皮完好無損。它是怎么做到的？”

研究團隊利用高倍電子顯微鏡發現，跳蟲尾部表皮上覆蓋著精妙的微型蘑菇狀結構和納米級脊線，這套天然的“防沾濕盔甲”讓它能在劇烈摩擦和極端潮濕的環境中“滴水不沾”。

這讓一直師從中國科學院院士江雷開展超疏水材料研發工作的董智超有了一個新想法。“傳統的防水涂層就像在饅頭上沾面粉，抖一抖、洗幾次就掉了。向跳蟲取經，我們能不能獲得既防水又耐磨的材料？”

他介紹，過去讓織物防水，要么涂蠟，要么涂含氟化學物質（PFAS）。然而，涂蠟會讓衣服不透氣，含氟材料雖然效果顯著，卻因環境污染問題，在全球面臨越來越嚴格的禁令。更重要的是，一旦遭遇摩擦或洗滌，這些涂層就會脫落失效。

模擬跳蟲尾部的表皮結構，團隊提出了一種全新的思路——不再依賴“貼”上去的涂層，而是直接在纖維表面“長”出一層有著跳蟲尾部表皮結構特點的保護殼。他們通過“一步分子自組裝法”，在單根纖維表面原位構建了有序、共價鍵合的二氧化硅網絡，并引入長鏈烷基降低表面能。這層被稱為“MARS”（分子組裝的耐久超疏水殼層）的“分子裝甲”與纖維本體通過化學鍵永久性結合。

“我們的方法好比把容易掉落的面粉揉進面團里，再一起蒸熟，就再也分不開了。”董智超介紹，這種方法不挑材質，無論是吸水性極強的棉，還是天然的羊毛、麻，或是滌綸、尼龍等合成纖維，都能實現穩定的超疏水改性。

實驗室里的“一步浸涂法”流程。中國科學院理化技術研究所供圖

“殘酷”實驗驗證“扛造”極限

為了檢驗這層“分子裝甲”的性能，研究團隊對MARS織出的布料進行了一系列堪稱“殘酷”的實驗室測試。

模擬暴雨沖擊環境，他們讓水滴以2.4米/秒的速度連續撞擊同一點，布料足足承受了8萬次沖擊，之后又將水滴速度提升至11.6米/秒，相當于時速41公里的暴雨級沖擊。結果織物依然能有效反彈水滴，保持完好。

模擬真實穿著中的磨損，團隊動用了多種測試織物起毛起球及耐磨性能的檢測設備，讓布料與自身布料摩擦了8萬次，經受2萬次砂輪打磨、100次落沙沖擊、2萬次反復拉伸、8000次刷子猛刷和500次強力膠帶反復粘撕。面對這一連串“拷打”，布料的超疏水性能依然保持良好。

他們還做了各種各樣“折磨”布料的實驗。例如，實驗人員反復用零下196攝氏度的液氮與95攝氏度的熱水沖洗布料，把用這種布料做成的衣服放到露天環境下風吹日曬一整年。結果對照組的布料不堪重負開始吸水或變黃，而MARS布料的防水效果和狀態幾乎沒有變化。

董智超介紹，針對消費者最關心的洗滌問題，研究團隊還將MARS織物放入家用洗衣機，使用普通洗滌劑進行了20次標準洗滌。結果顯示，其防水等級依然穩定在行業高標準，遠超傳統防水涂層幾次洗滌后就失效的表現。

環保、耐用的“黑科技”

在董智超看來，這項成果不只是一項實驗室里的科學突破。“我們的目標從一開始就不是為了‘自嗨’，而是希望解決產業界的真實需求。”他告訴《中國科學報》。

在研發過程中，團隊深入走訪了多家運動品牌企業、紡織企業和供應鏈廠商，針對它們提出的“能否兼容現有產線”“增重多少”“手感是否發硬”等實際問題，逐一進行優化。“最終，MARS處理后的織物增重控制在5%以內，遠低于傳統10%至12%的水平，這意味著它更輕、更透氣，也不會讓衣物變得硬邦邦。”董智超說。

此外，研發之初，科研團隊就考慮了成本控制和生產線兼容等問題。“原材料成本可控，且處理每平方米棉布、約170克的材料成本與工藝成本都控制在十幾塊錢的較低水平。”董智超說，“該技術采用一步浸涂法，完全兼容現有的紡織工業連續化生產流程，無需企業大規模改造產線。”

他介紹，從應用場景看，在戶外運動領域，它可以制成真正能扛住暴雨、耐磨耐穿的沖鋒衣和瑜伽褲；在醫療健康領域，它可用于制造更可靠、可反復消毒的防護服和手術布草；在工業領域，它能為工作服、帳篷，甚至安全氣囊提供持久的防水防污保護。此外，用MARS紗線還能在普通織物上繡出超疏水圖案，為智能紡織品、可穿戴設備和時尚設計提供了可能。

“我們希望，未來大家提到超疏水面料時想到的不再是‘含氟’‘不耐洗’，而是真正環保、耐用的中國‘黑科技’。”董智超說。