收稿:2005年12月,收修改稿:2006年5月 3上海市科委基础研究重点项目资助(N o.05JC14019)33通讯联系人 e 2mail :qhlu @https://www.doczj.com/doc/f0633908.html,
具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
3
徐建海 李 梅 赵 燕 路庆华
33
(上海交通大学化学化工学院 上海200240)
摘 要 本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表
面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。
关键词 接触角 超疏水表面 微纳米结构表面 接触角滞后中图分类号:O64715 文献标识码:A 文章编号:10052281X (2006)1121425209
Advance of Wetting Behavior R esearch on the Superhydrophobic
Surface with Micro 2and N ano 2Structures
Xu Jianhai Li Mei Zhao Yan Lu Qinghua
33
(School of Chemistry and Chemical T echnology ,Shanghai Jiao T ong University ,Shanghai 200240,China )Abstract In this paper ,advance of wetting behavior research on the superhydrophobic surface with micro 2and nano 2structures is reviewed ,including fabrication methods of superhydrophobic surfaces with micro 2and nano 2structures ,in fluence of the micro 2and nano 2structures on wetting behavior ,superhydrophobic criterions of surfaces with periodic structures ,contact angle hysteresis and functionalization of superhydrophobic surfaces.Problems existed in this research field and possible prospects of superhydrophobic surface with micro 2and nano 2structures are discussed.
K ey w ords contact angle ;superhydrophobic surfaces ;surfaces with micro 2and nano 2structures ;contact angle hysteresis
1 引言
湿润性是固体表面的重要性质之一,通常用液
体在固体表面的接触角来表征。一般把水的接触角大于150°的固体表面称为超疏水表面。已经证明一种简单而又有效的达到超疏水性的方法是在固体表
面制备微纳米结构[1—3]
。许多植物叶表面的疏水性非常强,水滴落上之后会滚落且不留痕迹。最典型的是荷叶表面,水滴与叶面之间的接触角平均为160°,水滴很容易滚落,这种强疏水性现象被称为荷叶效应(lotus effect )。早在20世纪70年代,人们就发现荷叶表面微米尺度的粗糙结构是其具有疏水性与自清洁功能的关键。江雷研究组发现在荷叶表面
微米结构的乳突上还存在着纳米结构,认为微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是引起表面强疏水
性的根本原因。该研究组发表在2004年Nature 上
的报告[4]
揭开了水黾能够在水面上飞行的秘密。他们发现水黾腿部是由很多取向的微米尺度的刚毛组成的,在每个微米级的刚毛上又存在着很多复杂的纳米级沟槽,认为正是这种独特的微、纳米阶层结构使得水黾能够在水面上如在地面上一样行走、奔跑、跳跃。这些生物现象均表明了湿润性与固体表面几何结构之间有着密切的关系。超疏水表面在自清洁
材料[5,6]、微流体[7]和无损液体传输[8]
等很多领域都有广泛的应用前景,因而有关研究正在受到越来越多的关注
[6,9,10]
。接触角的大小主要与固体表面自
第18卷第11期2006年11月
化 学 进 展
PROG RESS I N CHE MISTRY
V ol.18N o.11
N ov.,2006
由能和表面几何结构两个因素有关。然而粗糙表面接触角滞后现象的存在使得接触角与润湿的关系变得复杂,其物理机制及它和表面润湿性的关系至今仍未澄清[11]。本文综述了具有微纳米结构超疏水表面润湿性能研究的最新进展,包括微纳米结构超疏水表面的制备方法,微纳米结构对表面润湿性的影响,周期性结构表面超疏水的条件,接触角滞后以及功能化超疏水表面等。
2 微纳米结构超疏水表面的制备方法
制备超疏水表面的方法主要分为两类:一类是在固体表面修饰低表面能物质降低其表面能,从而达到超疏水的效果。例如,将可升华材料与硅石或铝石混合,除去可升华材料后得到粗糙表面,然后用氟硅烷修饰[12];用溶胶2凝胶法制备氧化铝膜,浸入沸水中后得到花状粗糙结构,再用氟硅烷修饰[13,14];将熔融烷基正乙烯酮二聚体(AK D,石蜡的一种)[15];利用等离子体刻蚀使玻璃表面粗糙化,然后修饰氟硅烷[16];利用等离子体聚合的方法,在光滑的对苯二甲酸乙二醇酯表面上制备七氟丙烯酸薄膜[17];还有用等离子体聚合的方法在玻璃表面和棉花纤维上聚合含氟烯烃[18]等。
另一类是在固体表面构建微米或Π和纳米粗糙结构形成超疏水表面,主要有光刻蚀法(photolithography methods)和非光刻法(non2 photolithography methods)[19]。光刻蚀法采用光刻胶、掩模板,用紫外光进行微加工。该法工艺成熟,能批量生产尺寸小至250nm的微制品,若用深紫外光(波长193nm的ArF准分子激光和波长157nm的F2准分子激光)甚至能制作尺寸达100nm量级的图形[20]。然而,光刻蚀法不仅设备昂贵、工艺复杂,而且难以突破100nm的下限。因此近年来人们开发了许多制造微纳米结构的非光刻方法,如微机械加工法[21]、刻蚀法[22,23]、升华制孔法[24,25]、溶胶凝胶法[26,27]、机械组装单分子层法[28]、一步成膜法[29,30]、模板挤出法[31]、化学气相沉积法[32]、激光诱导法[33,34]和软刻蚀法(s oft lithography)[19]等。其中,软刻蚀工艺简单,对实验室条件要求不太高,又能在曲面上进行操作,甚至可制备三维的立体图形,因此近年来备受研究人员关注。软刻蚀法包括微接触印刷[35,36]、毛细微模塑[37,38]、溶剂辅助的微模塑[39]、转移微模塑[40]和微模塑[41],其技术核心是图形转移元件———弹性印章。聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有化学性质稳定、柔软、与其它材料不粘连的优点,被认为是制作印章的最佳聚合物。Sun等[42]用PDMS直接浇铸在荷叶表面,得到了具有与荷叶相反结构的模板,然后再在该模板上浇铸PDMS,得到了与荷叶相似结构的周期性结构表面,达到了超疏水的效果。
除此以外,最近又出现了一些新的制备超疏水表面的方法。如H os ono等[43]用一种由下而上生长晶体的方法(bottom2up process)在硼玻璃表面制备了具有规整针尖结构的氢氧化镁型氢氧化钴2月桂酸(brucite2type cobalt hydroxide2laurate,BCH2LA)表面(如图1所示),测得接触角为178°。图中a、b分别是所制得表面的俯视和侧视场发射扫描电镜(FE2 SE M)图,c为针尖结构的透射电子显微镜(TE M)图, d为针尖结构表面结构模型示意图。韩艳春等[44]提出一种通过轴向拉伸聚四氟乙烯(PTFE)改变纤维结晶度从而得到超疏水表面的方法。将具有93%—97%纤维结晶度的聚四氟乙烯拉伸到190%时,聚四氟乙烯的接触角从原来的118°增大到165°。张希等[45]以层层自组装技术(layer2by2layer self2 assembly technology)制备了具有多层聚电解质的基底,用电化学沉积的方法在此基底上沉积得到了金
图1 (a,b)BCH2LA膜的俯视和侧视FE2SE M图;(c) BCH2LA膜的TE M图;(d)膜表面结构模型[43]
Fig.1 (a,b)FE2SE M images of the BCH2LA films observed from the top and side,respectively;(c)TE M images of the BCH2LA films;(d)A sim ple m odel of the film with the fractal structure[43]
的团簇结构,通过控制聚电解质多层来控制表面金团簇的形貌从而达到超疏水的效果。徐坚等[46]用一种简单的溶剂2不良溶剂法(s olvent-nons olvent)制得了具有微纳米复合结构的超疏水表面;利用聚苯乙烯2聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PS2b2PDMS)胶束
?
6
2
4
1
?化 学 进 展第18卷
溶液,通过气致相分离的方法使PDMS 链段在表面富集,从而得到了超疏水性表面[47]
。
3 微纳米结构超疏水表面润湿性能研究
311 微纳米结构对表面润湿的影响
影响固体表面润湿性的因素很多,主要有固体表面的性质、温度、湿度等。在测试液、温度和湿度条件选定时,固体表面化学结构和几何结构是影响固体表面接触角的主要因素。对于具有微纳米结构的表面来说,表面几何结构(粗糙度、孔隙率、结构尺寸、结晶等)对润湿性能有着很大的影响。最早研究粗糙表面润湿性问题的是Wenzel
[48]
和Cassie [49]
,他们提出了两个表观接触角和表面粗糙特性的关系式。在Wenzel 模型中,假设在粗糙表面上液体充满所接触的沟槽(图2a ),一般称之为润湿接触,从能量角度考虑可以得到Wenzel 方程:
cos θw
r =r cos θe 其中θw
r 为粗糙表面上的表观接触角,θe 为平衡接触角,r 为粗糙度(几何面积与投影面积之比)。Wenzel 方程只适用于热力学稳定平衡状态,由于表
面不均匀,液体在表面上铺展时要克服一系列由于
起伏不平而造成的势垒。当液滴振动能小于这种势垒时,液滴不能达到Wenzel 方程所要求的平衡状态而可能处于亚稳平衡状态。
Cassie 模型假设液体在固体表面形成一种复合
表面,液体并不充满沟槽,液体和固体间存在小气泡(图2b ),一般称之为复合接触表面。在这种情况下,接触角满足以下关系:
cos θc
r =
r 为这种复合接触表面上的表观接触角,
。
图2 (a )液滴充满粗糙表面的沟槽;(b )液滴在粗糙结构顶部形成一种气固复合结构表面[2]
Fig.2 (a )A drop fills the grooves of the rough sur face ;(b )The drop sits on the crests of the rough pattern forming a com posite sur face
[2]
Jopp 等[50]
用复制成形法(replication m olding process )制备了4种不同类型的微结构表面(图3),
并对不同几何结构、粗糙度、表面相对孔隙率对接触
角的影响进行了研究。结果发现表面几何结构可以
导致液滴从Wenzel 润湿[48]向Cassie 润湿[49]
转变,即固液从完全接触转变为表面气液固三相接触,认为这主要是表面接触线的阻碍和表面的不均一导致的。接触角随着粗糙度的增大而增大,是因为随着粗糙度的增大,表面孔隙率增大,液滴与固体表面不再紧密接触,而是存在气体,
形成一种气固复合表面。
图3 4种不同类型的微结构表面示意图
[50]
Fig.3 Sketches of the four types of microstructures used for the wetting experiments
[50]
图4 1mg 的水滴在柱状微结构表面上的形状以及对应的接触角θ、粗糙度r 和柱高度c ,所有样品中柱宽度50
μm ,沟槽深度为100μm
[21]
Fig.4 Shapes of 1mg water droplets on prepared pillar structures ,corresponding water contact angles θ,roughness factors r ,and pillar heights c .Pillar widths are 50μm and groove widths are 100μm in all sam ples
[21]
Y oshimitsu 等
[21]
的研究也印证了这种气固复合
结构的存在。他们用机械加工的方法在硅片表面制备了具有不同粗糙度和不同沟槽深度的表面(图4)
并测定了这些表面的接触角。结果表明,接触角随着粗糙度和沟槽深度的增大而增大,但当沟槽深度达到一定值时,接触角不再明显变化。他们认为主要是沟槽深度达到一定值时,液滴与固体沟槽底部不再紧密接触,在液滴与沟槽底部之间存在气体,形成复合结构,再增加沟槽深度,这种复合结构不会继续改变,因此接触角不再明显变化。
?
7241?第11期徐建海等 具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
Shiu 等
[51]
用聚苯乙烯纳米小球制备了具有纳
米级的周期性结构表面,并研究了纳米小球直径对接触角的影响(图5),结果发现随着纳米小球直径减小,表面接触角增大。当纳米小球的直径为190nm 时,表面的接触角达到168°,表面孔隙率与接触
角满足改进的Cassie 方程
[52]
。
图5 60℃时不同尺寸聚苯乙烯小球组成表面的SE M 图及对应的水的接触角。聚苯乙烯小球的直径及对应表面水的接触角分别为(a )400nm ,135°,(b )360nm ,144°,
(c )330nm ,152°,(d )190nm ,168°,图内标尺为1μm
[51]Fig.5 SE M images (60℃
)of the size 2reduced polystyrene beads and the water contact angle measurement on the corresponding m odified sur faces (insets ).The diameters of polystyrene beads and water contact angles on these sur faces were measured :(a )400nm ,135°,(b )360nm ,144°,(c )
330nm ,152°,and (d )190nm ,168°.bar :1μm
[51]徐坚等
[29]
用一步成膜法制备了具有高接触角
和低接触角滞后的超疏水表面,并研究了表面制备条件对固体表面接触角的影响。在一定湿度条件下将双酚A 聚碳酸酯的二甲基甲酰胺(DMF )溶液涂覆在玻璃片表面,固化过程中会发生气致相分离,从而形成一种类似荷叶结构的微纳米复合结构(micro 2nano 2binary structure )。他们研究了不同相对湿度对
固化过程中相分离的影响,发现在相对湿度为20%、50%和75%时,所得固体的表面接触角分别为13210°、15410°和16118°
(图6)。认为这是因为相对湿度比较低时,固化过程中由于没有足够的水汽,聚合物不能形成较多的纳米结构,而在相对湿度较高时,则比较容易形成具有微纳米复合结构的表面,这种微纳米复合结构是引起表面超疏水性的主要原因。此方法简单并且成本较低,被认为可能工业应用和大规模生产。
韩艳春等
[53]
用一种简单而又廉价的方法制得
了具有微纳米结构的超疏水表面。通过控制低密度聚乙烯(LDPE )
的结晶时间和成核速率来控制聚合
图6 在室温和不同湿度条件下(a )20%,(b )50%,(c )
75%成膜的SE M 图,(d )为(c )膜的侧视图
[29]
Fig.6 SE M images of coatings cast at room tem perature with different RH of (a )20%,(b )50%,(c )75%.(d )side
view of coating (c )
[29]
物表面结晶行为。通过在LDPE 的二甲苯溶液中加
入LDPE 的不良溶剂环己酮来提高LDPE 的成核速率。另外,不良溶剂的加入降低了LDPE 在混合溶液中的溶解性,导致其在更高的温度下才能产生晶核,而且与二甲苯相比混合溶剂不易挥发,因此冷却过程中LDPE 在混合溶剂中结晶时间变长,从而形成的表面具有更多纳米结构的微球结构,混合溶剂在25℃挥发可以得到接触角为170°±215°,滚动角为119°的超疏水表面。
徐坚等[54]
利用模板挤出法,首次以亲水性聚乙烯醇为原料,制备了具有超疏水表面的纳米纤维,纤维表面与水的接触角大于170°。他们认为产生这一现象的原因是聚乙烯醇分子的构象在表面发生了重排,亲水性基团形成向内的分子间氢键,而疏水的CH 2基团向外(图7),导致体系的表面能降低,疏水性增强
。
图7 PVA 纳米纤维剖面的SE M 图以及PVA 分子在气固界面的构象[54]
Fig.7 Cross 2sectional SE M image of the as 2synthesized PVA nanofibers and con formation m odes of the PVA m olecules at the air Πs olid inter face
[54]
Extrand
[55]
研究了如图8所示的化学不均匀表
?
8241?化 学 进 展
第18卷
面上的接触角,图中阴影部分与其他部分表示不同
的化学成分。结果发现:当液滴接触底面在阴影部分内时,所测得的接触角与阴影部分均相表面接触角相同;当液滴的接触底面达到白色区域时,即液滴将阴影部分全部覆盖时,所测得的接触角与完全为白色部分均相表面测得的接触角相同。因而接触角是由接触线处而不是接触面的液固相互作用决定的,被覆盖的化学不均不会影响接触角的大小
。
图8 在基体材料1中含有材料2组成的圆形结构的表面:(a )俯视图;(b )侧视图
[55]
Fig.8 A small circular patch of material 2on a substrate
consisting of material 1:(a )plan view ;(b )side view
[55]
其他诸如表面的吸附和取向等均会影响固体表面润湿性。但这方面的文献报道相对较少,还有待于进一步研究。
312 周期性结构表面超疏水的条件
研究周期性结构表面产生超疏水性的条件对于制备超疏水表面具有重要的理论指导意义。Extrand 提出了周期性结构表面能产生超疏水的两个条件:一是临界接触线密度
[1]
,二是临界粗糙高度
[56]
。
Extrand 用于推导接触线密度的周期性结构如
图9所示,接触线密度Λ可以通过液滴和粗糙表面
的相互作用推导得出[1]
,临界接触线密度Λc ,可以通过下面的公式计算而得:
Λc =-ρgV 1Π3
{[(1-cos θa )Πsin θa ]{3+[(1-cos θa )Π
sin θa ]2}}2Π3Π[(36π)1Π3
γcos (θa ,0+ω-90°
)]其中θa 是表观前进角,V 是液滴的体积,θa ,0是沟槽边缘的前进角,γ是液体的表面张力,ω为柱状结
构与底面所成夹角。如果Λ>Λc ,即接触线密度大于临界接触线密度,液滴将会悬在沟槽上,不会与沟槽底部接触,从而产生超疏水表面;反之,如果Λ<Λc ,即接触线密度小于临界接触线密度,液滴将会塌陷到沟槽底部,接触面只是固液界面而不能产生超疏水表面
。
图9 表面覆盖有正方形柱状结构(边长x 、高z )的六边形阵列示意图:(a )俯视图,方格边长为y Π2,虚线框内为一个单独的重复单元,阴影部分为正方形柱子的顶部;
(b )侧视图,<和ω分别为柱状结构上下表面与垂直方向
的夹角[1]
Fig.9 Schematic depiction of a sur face covered by a hexag onal array of square asperities of width x and height z :(a )Plan view ,the square grid has a linear dimension of y Π2,the dashed line defines a single unit cell ,the crosshatched areas are the tops of the asperities ;(b )S ide view ,the angle
subtended by the top edges of the asperities is <,and the rise angle of their sides is ω
[1
]
图10 液滴悬在沟槽中的放大侧视图;d 为液体陷入沟槽深度,z 为沟槽深度,2b 为沟槽宽度,θa ,0为实际的前
进角,θd 为陷入液滴与水平面之间的夹角
[56]Fig.10 A magnified side view of a suspended liquid protruding to a depth d ,between tw o m odel asperities.The asperities have a height of z and a maximum distance between them of 2b .The liquid exhibits its true advancing value ,θa ,0on the sides of the asperities.θd is the angle between the horizontal plane and the protruding liquid
[56]
单用这个理论却不能解释Y oshimitsu 等
[57]
发现
的结果。因而Extrand [56]
又提出另一个标准临界粗糙高度Z c ,可由下式计算得到:
Z c =b tan[(θa ,0+ω-180°
)Π2]其中b 是沟槽半宽。他认为,要产生超疏水表面,
不仅要满足接触线密度大于临界接触线密度,即Λ>Λc ,同时还要满足粗糙高度要大于液滴塌陷在沟槽的高度d ,即Z >d (或Z >Z c )(图10)。
?
9241?第11期徐建海等 具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
Patankar [5]
认为类似荷叶结构的微纳米复合结
构是产生超疏水的主要原因,并设计了一种具有微
纳米复合结构的理论模型(图11)。微米结构的表面具有一系列纳米结构,并且通过理论计算提出了图中类似微纳米复合结构超疏水表面的最优结构条件,为设计和制备微纳米复合结构的超疏水表面提供了理论基础
。
图11 用于理论分析的粗糙结构几何模型:(a )精细粗糙结构———一级结构;(b )精细粗糙结构作为柱状结构的粗糙表面———二级结构;(c )所有的结构都假定是周期性的
[5]
Fig.11 A m odel roughness geometry for theoretical analysis (a )The fine scale roughness :the first generation ;(b )The fine scale roughness forms the sur face of the coarse scale pillars :the second generation of roughness ;(c )The pillar geometry at both scales is assumed periodic
[5]
313 微纳米结构表面接触角的滞后
判断一个表面的疏水效果时,除了静态接触角之外,还应考虑水滴在表面上的动态接触角,即水滴是否容易从表面滚落。前进接触角与后退接触角之差称之为接触角滞后,接触角滞后越小说明液滴越容易从固体表面滚落。超疏水表面不仅需要大的接触角,而且还需要小的接触角滞后。接触角滞后的研究具有重要的理论和应用价值,因为它不仅是判断一个表面是否具有超疏水性的重要标准,还可以看作液体在固体表面粘附性能的一个量度[58]
,也是
表征液体在固体表面流动性能的一个重要参
数
[59,60]
。接触角滞后一般认为主要是表面粗糙、化
学不均等因素引起的。
一个液滴要从一个倾斜的表面滚落,重力必须克服液体的表面张力
[61]
。Furmidge 等[61]
提出了计算液滴在表面自发移动所需要倾角α的计算方程:
mg sin α=kw γlv (cos θr -cos θa )
其中m 是液滴的重量,g 是重力加速度,k 是常数,ω是液滴与表面接触直径,θa 和θr 分别为前进角和后退角,γlv 为气液表面张力,α为表面倾斜的角度。由前进角和后退角可以计算出能使液滴滚动的表面最小倾角。由此公式可以看出,接触角的滞后越小,即前进角与后退角的差值越小,能使液滴发生滚动的最小倾角就越小,即液滴越容易从表面滚落。
Qu ér é等
[63,64]
对超疏水表面上的液滴动态行为
作了详细的研究,认为这种表面上液滴与固体以及空气间的一维三相线非常关键,因为随着接触角的增加,液滴与固体的接触面积就会收缩。如果这条三相线不容易瓦解的话,那么接触角滞后就会变得很小。Y oshimitsu 等
[57]
研究了各向异性的平行沟槽
表面上液滴的滑动行为,结果表明,液滴的滑动行为在各向异性的表面与各向同性表面是不同的,液滴在平行于沟槽方向比垂直于沟槽方向更容易滑动,这是因为液滴沿垂直于沟槽方向滑动时,接触线会产生更大的阻力。
图12 (a )以L 为周期的周期性阵列中,具有边长为D 的正方形突起,(b )结构为(a )的结构按比例缩小一倍,
(c )结构为(b )的结构按比例缩小一倍。在每种结构中固
体表面比率不变,结构按比例缩小一倍时,正方形柱状结构的边长加倍[65]
Fig.12 (a )Sur face texture based on squares of side lengths D embedded in a square array of repeat size L ,(b )equivalent
texture to (a )but with side length and array length halved ,and (c )a further halving of the dimensions in (b ).In each case ,the s olid sur face fraction is the same ,while the perimeter doubles each time ,the dimensions are halved
[65]
疏水表面接触角的滞后取决于液滴与表面的润湿方式。当液滴以Wenzel 模式与表面接触时,一般具有较高的接触角滞后,而液滴以Cassie 模式与表面接触时,一般具有较小的接触角滞后。McHale 等
[65]
用光刻蚀法制备了一系列尺寸不同的柱状结构表面(图12),测定其接触角滞后,发现如果处于Wenzel 润湿模式,即液滴与固体表面接触,则随着柱
状结构的减小,接触角滞后将会增大;而处于Cassie
模式时,即液滴与固体部分润湿时,随着柱状结构的减小,接触角的滞后将会减小。也就是说处于
?
0341?化 学 进 展
第18卷
Wenzel 润湿模式时,接触角滞后随着表面粗糙度的增大而减小,而处于Cassie 模式时,接触角的滞后随
着表面粗糙度的增大而增大。
McCarthy 等[17]
认为在表征表面疏水性时,小的接触角滞后比大的接触角更为重要。他们采用氯硅烷与玻璃表面进行硅烷化反应后得到的修饰表面尽管与水的接触角较小,但是水在其表面上很容易滚动。
Fang 等[66]对Neumann 2G ood 平行条模型[67]
进行了分析,用亚稳态理论解释了接触角滞后现象。图13所示为接触角与润湿G ibbs 自由能曲线。前进接
触角为ΔG 2
θ曲线上对应最高亚稳态的最大θ值,后退接触角为ΔG 2
θ曲线上对应最低亚稳态的最小θ值。当ΔG 取最小值时,对应的θ值为平衡接触角,然而表面由于粗糙等因素往往不能达到平衡态,只能处于一些亚稳态。图中状态1,5对应的分别为前进接触角和后退接触角,当处于状态3和4时,液1,实际接触角θ处于前进接触角和后退接触角之间
。
图13 在非均相平行条带结构润湿自由能ΔG 与表面接触角曲线[66]
Fig.13 Free energy ΔG as a function of the instantaneous contact angle on a heterogeneous sur face com posed of horizontal ,parallel strips
[66]
Extrand 等
[68,69]
认为要解释接触角滞后不必考
虑表面不均,可以将润湿看作一种吸附和解吸现象,只要用固液间相互作用就可以解释。江雷等
[70]
认
为纳米结构对得到超疏水表面起着重要作用,而纳米与微米结构相结合的阶层结构可以有效地降低水滴在表面的滚动角,而且微米结构在表面的排列会直接影响到水滴的运动趋势。
4 功能化超疏水表面
随着微纳米科学技术的飞速发展,尤其是进入
21世纪以来,超疏水表面的制备研究进入了一个全
新的阶段。Tsujii 等[71]
制备了一种同时具有疏油性
和疏水性的超双疏表面。用阳极氧化的方法得到表面粗糙的氧化铝基材,然后用氟化单烷基磷酸酯进行处理,得到的表面与菜子油的接触角达150°,油滴在该表面上很容易滚动,同时与水的接触角可达
170°。Minko 等[72]
制备了一种具有二级结构的自适应聚合物表面:第一级结构是由等离子体刻蚀聚四氟乙烯后形成的微米级针状结构,第二级结构是由接枝到针状结构表面上的苯乙烯五氟苯乙烯共聚物和聚乙烯基吡啶混合分子刷自组装而成的纳米级结构。通过溶剂对表面分子刷的选择性作用,可以可逆地调节表面的浸润性。表面与甲苯接触后与水的接触角为160°,水珠很容易滚动,当表面浸入pH =3的水浴中处理几分钟后,水珠变得很容易在表面铺
展。韩艳春等[73]
通过拉伸和释放具有三角网状结构的聚酰胺薄膜实现了表面超疏到超亲的可控可逆转变。
图14 (a )紫外线辐射之前(左)和之后(右)ZnO 纳米棒阵列膜表面液滴形状;(b )在紫外线辐射和黑暗放置条件下ZnO 纳米棒阵列膜表面的超疏水超亲水可逆转变[76]
Fig.14 (a )Photographs of water droplet shape on the aligned ZnO nanorod films before (left )and after (right )UV illumination ;
(b )
Reversible
super 2hydrophobic 2super 2
hydrophilic transition of the as 2prepared films under the alternation of UV irradiation and dark storage
[76]
江雷研究组通过构造有序纳米结构制备了超疏水表面,例如:以纳米阵列聚丙烯腈纤维膜为原料,利用热解的方法,得到了一种在全pH 值范围内具有超疏水性的纳米结构碳膜,该膜表面的纳米结构以及类石墨结构碳纤维本身所具有的耐酸碱腐蚀特性是产生全pH 范围内超疏水性能的重要原因[74]
;用高温裂解酞菁金属配合物的方法制备了阵列碳纳米管膜,在未经任何处理时,阵列碳纳米管膜表现出超疏水和超亲油性质,经氟硅烷修饰后,则呈
现出超双疏性质[75]
;利用两步溶液法制备了ZnO 纳
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1341?第11期徐建海等 具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
米棒,这种ZnO纳米棒阵列膜具有光响应的超亲水2超疏水可逆变化的开关效应[76],紫外照射2h后,液滴会在表面展开,实现超疏水性到超亲水性的转变,经过紫外照射后的薄膜在黑暗中放置7天,又会具有超疏水特性,并且具有很好的可重复性(图14)。他们还利用激光光刻技术在硅表面制备了微米Π纳米复合结构,然后通过表面引发原子转移自由基聚合的方法将聚异丙基丙烯酰胺接到刻蚀过的硅片上,实现了温度响应的超亲水2超疏水可逆变化的开关效应[77]。功能化超疏水的研究为超疏水表面的研究提供了新的方向。
5 展望
尽管已有越来越多的文献报道有关超疏水表面的研究,但是要真正将其实际应用还存在很多问题。例如,采用提高表面粗糙度的方法增强表面疏水性能时,会降低材料的透明性,因此不能满足某些对透明性有较高要求的场合。具有粗糙表面的材料通常机械强度较低,而且目前人工超疏水表面的使用寿命较短,即暴露于大气中会因为有机污染物或灰尘的吸附而使表面不再呈现出超疏水性能。另外,目前对超疏水表面的研究多集中于微米结构表面,对纳米结构表面及微纳米复合结构表面的研究还相对较少,对超疏水表面的理论解释还存在一些分歧,功能化超疏水表面的研究也有待于进一步深入,因此超疏水表面的制备研究还存在着极大的发展空间。研究人员正在积极探索,以开发出新的简单的超疏水表面制备方法,以得到接触角大、接触角滞后小、机械强度高、使用寿命长的超疏水表面。对这些问题的进一步研究必将为人们实现超疏水表面的结构设计和最终实现其实用化提供可能。
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第11期徐建海等 具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
超疏水材料的研究进展 2015年5月3日
超疏水材料的研究进展 摘要：超疏水性材料因为它独特的性质，而在很多方面得到了广泛的应用。近年来，许多具有特殊润湿性的动植物表面同样受到关注。通过研究这些表面微观结构，人们成功地仿生制备出各种功能化超疏水表面，从而更好地满足工业中实际应用的需要。该综述简单地介绍了表面润湿的基本原理和一些自然界中的超疏水表面现象，重点介绍近几年超疏水表面应用的最新研究进展。最后，对超疏水表面研究的未来发展进行了展望。 关键词：超疏水、仿生、润湿、功能化表面 自然界中，经亿万年的自然选择，许多生物的表面都表现出优良的超疏水性能，比如荷叶、花生叶、莲叶等植物表面和水黾、鲨鱼表皮、沙漠甲虫、蝴蝶翅膀等动物体表。一直以来，这类自然现象都启发着各领域的科学工作者们，尤其是近几十年，仿生超疏水表面以其优越的防腐蚀、自清洁、防覆冰、抗菌等性能，在防腐、自清洁、建筑防水、流体减阻、防污等领域都有广泛的应用[1]。因此，对超疏水材料进行总结和展望，对这种材料的发展有重要的意义。 1超疏水原理 超疏水表面的定义可以从字面意思上进行理解，即指难以湿润的表面，固体表面的湿润性作为固体表面重要的特性之一，不仅受到固体表面粗糙度的影响，还受固体表面化学成分的影响，我们可以用液体与固体的接触角θ来作为是否湿润的判断依据。接触角越大，表面的疏水效果越好，反之亦然[2]。当θ=0°时，所表现为完全湿润；当θ<90°时，表面为可湿润，也叫做亲液表面；当θ>90°时，表面则为不湿润的疏离表面；当θ=180°时，则为完全不湿润。一般θ>150°被称为超疏水表面[3]。 接触角是衡量表面疏水性涂层湿润性的主要指标，但并不是唯一指标，在实际应用中还可以根据前进角、后退角的大小来考虑其动态过程。前进角与后退角是液滴前进或后退时与固体表面所成的临界角度。但是如果不断增加或减小固体
1．6立题依据及研究内容 从当前抗菌材料发展的趋势看，利用疏水表面与抗菌剂结合并构建疏水抗茵涂层是一种极具发展潜力的抗菌手段。一方面，涂层的疏水性可有效避免湿气、污垢在物体表面富集，减少霉菌在物体表面的滋生；另一方面，即便疏水涂层因长期暴露于潮湿环境而被润湿导致细菌附着，但很快细菌也会被涂层中的抗菌组分杀灭。因此，通过疏水抑菌、抗菌剂杀菌的协同作用是构造高效抗菌涂层的重要途径。本文研究了两类疏水抗菌涂层，一是通过对当前研究较多的Ag／Ti02抗菌剂进行改性，使其与疏水性能优异的氟硅丙乳液进行复合，制备疏水抗菌涂层；二是在课题组前期研究[46】基础上，采用具有缓释抗菌特性的中空内部载银介孔二氧化硅微球与氟硅树脂构建类荷叶表面结构的超疏水抗菌涂层。主要研究内容如下： (1)Ag／Ti02粉体表面改性与表征。采用具有双键的硅烷偶联剂VTES对无 机粉体Ag／Ti02进行表面改性。研究VTES量、反应温度、反应时间等对粉体改性的影响，并对改性前后粉体表面形貌及疏水、抗菌性能等进行表征分析。 (2)Ag／Ti02疏水抗菌涂层制备与表征。采用乳液聚合法和共混工艺制备氟 硅改性丙烯酸乳液，与改性后的Ag／Ti02粉体复配制备具有疏水性能和抗菌性能的Ag／Ti02疏水抗菌涂层。研究制备工艺对乳液稳定性及涂层附着力的影响，并对所制备Ag／Ti02疏水抗菌涂层结构形貌、疏水性、抗菌性等进行表征分析。(3)类荷叶表面疏水抗菌涂层的制备与表征。采用具有缓释抗菌特性的中 空内部载银介孔二氧化硅微球与氟硅树脂复合，构建具有类似于荷叶表面结构的超疏水抗菌涂层。研究旋涂制备工艺对涂层表面形貌的影响，并对所制备超疏水抗菌涂层结构形貌以及疏水性、抗菌性进行表征分析。 1．4疏水抗菌材料的研究现状 疏水抗菌材料主要采用低表面能材料来制备。目前，应用较多的低表面能材料有有机硅和有机氟两大系列[61-63]。前者利用有机硅聚合物中Si、O骨架的低表面能和低弹性模量等独特性能，以其较低的表面张力使微生物难以牢固附着，在表面水流作用下使附着的微生物剥离来实现抗菌防污；后者则是利用将F原子引入到聚合物链中形成C-F键来降低聚合物的表面能。C-F键键能比C．H键键能大，且F原子电子云对C．C键的屏蔽较H原子强，即使最小的原子也难以进入碳主链，使得C-F键的极性较强，从而降低聚合物的表面能和表面张力。官能团的表面能高低依次为-CH2>-CH3>一CF2>一CF3，其中全氟烷基有机高聚物的表面自由能最低。研究表明，有机硅改性的聚合物具有优异的耐高低温性、耐水性和耐氧化降解性；有机氟改性的聚合物具有耐水性、耐腐蚀等优点；而有机硅和有机氟共同改性的聚合物，则具备有机硅和有机氟两者的优势，能够有效提高聚合物与基材的附着力，降低表面表面能，获得具有耐水性、耐高低温性、耐候性及抗老化的聚合物。 基团到侧链中后，因其极大的表面活Brady等【651设计以硅氧链为主链，引入CF 3 性将会使基团严格取向于表面，得到了兼具线性聚硅氧烷高弹性、高流动性和CF 3
纳米矩形超疏水微结构表面液体流动和流场分析的LAMMPS分子动力学模拟 #该in文件使用LAMMPS采用LJ流体模型模拟液体在超疏水纳米表面流动。基底的疏水性，流动的驱动速度都可调节。结果如下图所示。 #通过修改in文件中的参数可直接进行模拟可得到用以发表论文的结果，如改变基底疏水性，流动驱动速度研究局部滑移和全局滑移以及气液界面受剪切破坏等。 #后续问题可通过添加本人微信（baolu_yao）继续付费修改定制in和data文件 #使用方法将下面代码拷贝粘贴入文本文件中，并将文本文件命名为in.flow（包括扩展名） variable nx equal 6 variable ly index 0.724 variable vx index 0.1 variable g_num equal 1 variable T equal 0.8 # ----------------- Init Section ----------------- units lj boundary p f p neighbor 0.3 bin neigh_modify every 1 delay 0 check yes cluster yes exclude type 1 1 exclude type 1 4 exclude type 4 4 exclude type 2 2 atom_style atomic pair_style lj/cut 2.5 newton on # ----------------- Atom Definition Section ----------------- read_data "system.data" replicate ${nx} 1 2
ZnO/E-51复合涂料超疏水涂层的制备 1.选题的意义 润湿性是固体表面的重要性质之一，通常用液体在固体表面的接触角来表征。一般把与水的接触角大于１５０°且滚动角小于10°的固体表面，称为超疏水表面。由于超疏水表面与水滴的接触面积非常小，水滴极易从表面滚落，因此，超疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防腐蚀、防水、防雾、防雪、防霜冻、防黏附、防污染等功能[1,2]，因而在建筑、包装、服装纺织、液体输送、生物医学、交通运输以及微观分析等领域具有广泛的应用前景[3,4]。 2.实验的目的 荷叶表面具有极佳的疏水性和自清洁能力，研究发现其表面的双重微观粗糙结构和低表面能植物蜡的协同作用是形成疏水性能的主要原因。目前人工制备疏水表面的主要有两个途径：，一类是在低表面能的物质表面构造出一定的粗糙结构[5-6]，另一类则是在粗糙度合适的物质表面覆盖低表面能材料[7-8]。大量研究表明合适尺度的粗糙结构是指具有微－纳米尺度的二元粗糙结构[5]。当前有关超疏水表面制备技术和方法报道得较多，但大多采用复杂、高成本的纳米技术如光刻、静电纺丝、溶胶－凝胶和相分离、化学反应沉积、层层自组装等。受技术与实验条件的限制，这些超疏水表面制备技术与实际应用还有较大差距。本实验通过ZnO微粉与环氧树脂机械混合，制备ZnO/E-51复合涂料，固化后通过简单的化学刻蚀和表面修饰，形成微－纳米尺度二元粗糙结构，获得具有超疏水特性的大面积表面。 3.实验方法 3.1原材料 原材料ZnO微粉，粒径范围为0.1～1.5um；硬脂酸、冰醋酸和无水乙醇,环氧树脂(CYD-128),去离子水，实验室自制；50%的冰醋酸溶液由去离子水与冰醋酸按比例混合，实验室自制；1%的硬脂酸溶液由无水乙醇和硬脂酸按比例混合，实验室自制。 3.2．ZnO/E-51复合涂料的固化 采用真空袋压法制备固化的ZnO/环氧树脂复合涂料。将环氧树脂E-51和ZnO微粉按质量比1：2称量，采用机械搅拌方法混匀，制备环氧树脂浆料；在环氧树脂浆料中加入质量比为10%的二乙烯三胺固化剂，搅拌均匀；再将加入固化剂后的环氧树脂浆料均匀地涂在处理好的模具表面，铺敷真空袋，抽真空并保持；最后，固化、脱模得到固化后的ZnO/环氧树脂复合涂料。 3.3超疏水表面的制备 首先，将上述固化后的ZnO/E-51复合涂料表面用150#水砂纸打磨，再用丙酮清洗，除去污渍；其次，把试件悬挂在50%冰醋酸溶液中刻蚀预定的时间；第3步，把刻蚀后的试件用去离子水在超声作用下清洗，除出试件表面空隙中的残留物，再在60℃烘箱中烘30min；第４步，把试件悬挂在1%硬脂酸的无水乙醇溶液中浸泡预定的时间，进行表面修饰；最后,把修饰后的试件放在50℃烘箱中烘干，即获得具有超疏水性表面的ZnO/E-51复合涂料表面。 3.4表征分析 采用扫描电镜(SEM,Quanta-200,FEI)在电压为20KV下观察表面形貌；与水的接触角采用动／静态接触角仪(SL200B, 上海梭伦信息科技有限公司)测量，去离子水滴直径约为1.5mm，采用微量注射器滴加到试件表面，取3个不同位置
疏水材料的原理及应用 1.前言 尽管人们很早就知道荷叶表面“自清洁”效应，但是一直无法了解荷叶表面的秘密。直到20世纪90年代，德国的两个科学家首先用扫描电子显微镜观察了荷叶表面的微观结构，认为“自清洁”效应是由荷叶表面上的微米级乳突以及表面蜡状物共同引起的。其后江雷等人对荷叶表面微米结构进行深入分析，发现荷叶表面乳突上还存在纳米结构，这种微米与纳米结构同时存在的二元结构才是引起荷叶表面“自清洁”的根本原因。这样的“粗糙”表面产生的对水的不浸润性被称为疏水性。 2.疏水与超疏水 在化学里，疏水性指的是一个分子（疏水物）与水互相排斥的物理性质。 疏水性分子偏向于非极性，并因此较会溶解在中性和非极性溶液（如有机溶剂）。疏水性分子在水里通常会聚成一团，而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。 疏水性通常也可以称为亲脂性，例如疏水性分子包含有烷烃、油、脂肪和多数含有油脂的物质，但这两个词并不全然是同义的。即使大多数的疏水物通常也是亲脂性的，但还是有例外，如硅橡胶和碳氟化合物。 对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。这种接触角大于150度的表面就被称为“超疏水表面”，而一般疏水表面的接触角仅大于90度。 3.疏水原理 根据热力学的理论，物质会寻求存 在于最低能量的状态。水是极性物质， 并因此可以在内部形成氢键，这使得它 有许多独别的性质。而疏水物不是电子 可极化性的，它无法和水形成氢键，所 以水会对疏水物产生排斥，以减少化学 能。而水分子间形成氢键。因此两个不 相溶的相态，将会变化成使其界面的面 积最小时的状态。此效应可以在相分离的现象中被观察到。 气体环绕的固体表面的液滴。接触角θc，是由液体在三相（液体、固体、气体）交点处的夹角。材料的浸润性是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的,通常以接触角θ表征液体对固体的浸润程度。
超疏水材料研究进展 摘要:本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。 关键词:超疏水材料；超疏水应用；制备 1 引言 近年来，超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料，就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的，荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应，污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代，因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景，研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前，通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明，因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。 人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同，我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时，我们认为这种材料是亲水材料；如果水滴在材料表面的接触角小于5o，那么这种材料是超亲水材料，例如经浓硫酸和双氧水（体积比为7：3）处理过的硅片，水滴在它的上面会立刻铺展开，展示出超亲水的性质；当材料表面接触角大于90o时，我们认为这种材料是疏水材料；如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料，例如我们前面所提到的荷叶，水滴在其表面的接触角大于150o，不能稳定停留，极易滑落，因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示，（a）为亲水，（b）为疏水。 (a) (b)
G-P-P-0-0-04040 尼龙表面的超疏水疏油改性 郝威，邵正中 教育部聚合物分子工程重点实验室，复旦大学先进材料实验室和 复旦大学高分子科学系上海200433 关键词：酰胺改性多级粗糙度超疏水性 超疏水表面具有多方面的应用潜力，例如防水防潮、自清洁和抗生物污损等。研究发现这种特殊的表面性质源于表面多级粗糙结构以及较低的表面能，故在聚合物表面引入更低尺寸的结构，将提高聚合物表面的超疏水性并拓展其应用范围。而尼龙（聚酰胺）是一类重要的商业化合成高分子，它的强度、韧性以及耐磨性使它在纺织、薄膜、食品包装以及工程塑料等上都有广泛的应用。但由于酰胺键强极性的特点，尼龙吸湿性强且尺寸稳定性差。同时，尼龙表面活性基团较少，所以为了使尼龙具有超疏水性甚至超疏油性，必须要先对尼龙进行表面化学改性，使其表面具有较多的反应基团，再有可能引入多级结构。 本研究拟将尼龙材料表面的酰胺键烷基化或还原，从而得到反应活性基团。再利用St?ber反应在尼龙上原位生成硅球层或通过静电作用吸附多级硅球，得到较高粗糙度的表面，希望在进一步氟化修饰后，使尼龙表面具有超疏水疏油的性能。 我们利用硼烷-四氢呋喃络合物对尼龙上的酰胺键进行化学还原，从而得到反应活性较高的仲胺基团[1,2]。其经质子化后带正电，可吸附带负电的硅球，再经过3-氨基丙基三甲氧基硅烷处理可达到多级硅球吸附的目的[3]。另一种尼龙改性的方法是使酰胺键烷基化，即在叔丁醇钾和二环己烷并18-冠-6醚使尼龙上酰胺键活化，然后再加入3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷（GPTES）反应，使得酰胺键接上末端含有大量硅羟基的烷烃梳状链[1,2]，再参照St?ber反应原位长二氧化硅纳米薄层。具有多级粗糙结构的尼龙表面经全氟十二烷基三氯硅烷（Rf-Si）氟化修饰[3]，其表面能降低，得到超疏水表面，并经由SEM、TGA以及接触角测试等表征。 硼烷-四氢呋喃对尼龙610纤维改性后吸附硅球的结果如图1所示。改性后的尼龙表面带有仲胺基，质子化后可以通过静电作用吸附二氧化硅小球，硅球在纤维上较为牢固，经超声处理后也鲜有脱落。从图1a中还可以看出，二氧化硅小球的覆盖相对均匀，说明对酰胺键的还原改性可以使尼龙表面均匀的带有仲胺基。在与3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APS）反应及盐酸反应后，还可以在微米级的硅球上引入胺基并质子化，进一步吸附纳米级硅球，进而得到多级粗糙表面。TGA结果显示，吸附1200nm硅球、吸附1200nm和180nm硅球以及吸附1200nm、180nm和80nm硅球之后，样品煅烧后的残留质量分别是3.2%、3.6%以及3.7%，也可以清楚地看到硅球吸附量的增加。
《纳米科技导论》文献综述题目：超疏水纳米材料的应用 学院：＿＿＿专业：＿＿班级：＿学号：＿＿＿＿＿学生姓名：＿＿＿＿＿＿＿指导教师：＿＿＿＿＿＿＿＿ 年月日
超疏水纳米材料的应用 姓名 （学校学院班级指导教师） 摘要：几十年来人们在荷叶，水黾腿，蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下，研究了各种各样的超疏水纳米材料，超疏水纳米材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构，更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面。超疏水表面纳米材料具有特殊微纳米结构，因此有疏水自清洁性，防污染等一系列优异性能，同时在强度、耐热、耐酸碱等性能方面又十分优异的新材料。该类材料在国防、工业、农业、医学、建筑涂料及交通航行等多个领域中。但它们对各种低表面能的液体反而更加亲液。近年来超疏液纳米材料作为超疏水纳米材料的升级和扩展，它对几乎所有液体都具有接近150度左右的接触角,可以极大降低固液表面的粘附力和流动阻力,而且压力稳定性比同样结构的超疏水表面更好。但是,超疏液纳米材料的制备也比超疏水表面更有挑战性,因为需要制备球状、蘑菇状等倒悬微纳米结构,使得低表面能的液体能够钉扎在这些结构上保持悬空状态。因此有望在诸多领域取代超疏水纳米材料并开发出更多新兴的应用。 关键词：纳米，超疏水，应用，表面，接触角 引言 纳米超疏水性材料的发现很早，而系统化理论的建立则是要归功于20世纪三四十年代 Wenzel和 Cassie的研究工作。他们发现了表面粗糙度微结构与浸润性之间所具有的关系。大多固体的表面往往不是光滑和平整的，从微观上看凹凸不平有起伏。在较好的超疏水情况下，液体滴在固体表面上，并不能完全填满粗糙固体表面上的凹面，在液滴与固体凹面之间将会存在有空气。表观上看，固
中国在超疏水材料研究方面的进展 分子一班 张雷 3013207391 Abstract ： 摘要：具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景，因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌，因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。近些年来，这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。可以说，超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。本文在查阅有关文献的基础上，分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。 关键词：超疏水、超双疏、表面改性、润湿性
1、背景： 表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。 自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。受这些自然界中现象的启发，许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。 2、超疏水材料制备方法分类： 2.1 模板法： 江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯（PC）膜上，然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内，最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。
神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！ 神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！一盆水泼向一块金属板，水珠像钢珠一样滚落，金属板仍然干爽；一只船桨浸入水缸，拿出来竟然未带出一滴水珠，就像是从没放进去过一样；一杯水倒在一块经过特殊处理的玻璃板上，水紧紧靠在中央“不越雷池半步”，即使用手搅出来一两滴也立即跑回去……这些违背我们肉眼“常识”的现象，就是“超疏水材料”捣的鬼。这种通过改变材料的表面自由能和表面粗糙度获得的新型材料，灵感来自于自然界中的荷叶。由于其防水、防腐蚀、抗菌的特殊效果，如今已经成为国际热门的研究领域，可以在环保、工业、医疗等各种你想象不到的领域大展身手。一、超疏水简介超疏水技术是一种具有特殊表面性质的新型技术，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。超疏水技术对于建筑工业、汽车工业、金属行业等的防腐防锈及防污也很有现实意义。特别是近年来的微电子系统、光电子元器件及纳米科技等高新技术的高速发展，给超疏水涂层的研究和应用于勃勃生机。超疏水材料的研究以诗句“出淤泥而不染，灌清涟而不妖”为契机，以科学的手段向我们解释这一奇特的自然现象，荷花表面覆盖的天然
超疏水薄膜，使得水滴聚集成股，顺势流下，冲刷着荷叶表面的淤泥，营造了出淤泥而不染的状态。因此荷叶在雨后会变得一尘不染，这种现象在生活中很常见，我们称之为“荷叶效应”。二、超疏水现象荷叶效应--超疏水性原理为什么“粗糙”表面能产生超疏水性呢?对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。即使表面上有了一些脏的东西，也会被滚动的水珠带走，这样表面就具有了“自清洁”的能力。这种接触角大于150度的表面就被称为“超疏水表面”。而一般疏水表面的接触角仅大于90度。三、自然界中的超疏水现象1999年，Barthlott和Neihuis认为：自清洁的特征是由于粗糙表面上的微米结构的乳突以及表面蜡 状物的存在共通引起的；乳突的平均直径为5~9um。荷叶表面的微/纳米复合结构2002年，江雷等提出微米结构下面还存在纳米结构，二者相结合的阶层结构才是引起表面超疏水的根本原因。单个乳突由平均直径为120nm结构分支组成。超疏水各向异性的水稻叶子水稻叶表面存在滚动的各向异性，水滴更容易沿着平行叶边缘的方向流动。超疏水的蝉翼表面蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成，纳米柱的直
超疏水材料及其应用 落在荷叶上的雨滴形成水珠顺着叶面缓缓滚动而落下，这种抗水性称为荷叶效应。这是由于荷叶表面的疏水层呈现纳米级的凹凸不平，减少了水珠与叶面的接触面积，植物叶子表面具有的超疏水自清洁的特性，为构建人工疏水表面及设计浸润性可控的界面提供了灵感，引起了研究者的极大关注。 一、超疏水材料的表面特征 润湿性是指液体与固体表面接触时，液体可以渐渐渗入或附着在固体表面上，是固体表面重要特征之一，这种特征由固体表面化学组成及微观结构共同决定，接触角和滚动角是评价固体表面润湿性的重要参数，超疏水性表面具有防雪、防污染、抗氧化及防止电流传导等特性。 植物叶子表面有许多丛生的放射状为茸毛，该微茸毛尖端极易亲水，入水后能瞬间锁定水分子，使叶片表层到茸毛尖端之间形成了一薄层空气膜，从而避免叶片与水直接接触。Brthltt研究发现，这种微茸毛有乳突及腊状物构成，其为微米结构。中科院研究员江雷研究发现，乳突为纳米结构，这种纳米与微米相结合的双微观结构正是引起表面防污自洁的根本原因。 研究表明，具有较大接触角和较小滚动角的超疏水性表面结构为微米级及纳米级结构的双微观复合结构，且这种结构直接影响水滴的运动趋势。超疏水表面的结构通常采用两种方法。一是在疏水材料表面上构建微观结构，二是在粗糙表面上修饰低表面能物质，由于降低表面自由能在技术上容易实现，因此超疏水表面制备技术的关键在于构建合适的表面微细结构。当前，一报道的超疏水表面制备技术主要有溶胶—凝胶法、模板法、自组装法及化学刻蚀法。 二、在日常生活中的应用 空调夏天制冷时，换热器上会产生大量冷凝水，需要专门的排水管排到室外，这不仅降低了空调的能效比，还容易出现漏水现象，更为严重的会造成室内的空气湿度不断减小，使人们生活、工作的环境恶化。同样，冬天空调制热时，室外机换热器会结霜，为了除霜不得不经常停掉空调，这不仅浪费电能不利于制热，还容易出现各种故障。东南大学化工系陈志明教授研究发现，空调换热器的表面用超疏水材料处理后，不仅能避免上述问题的出现，还能明显降低空调器的噪声，延长空调器的使用寿命，且可节约空调器的设计成本。经过工业涂覆验证，其各项性能指标均达到了国际水平，可代替进口产品。
揭秘超疏水性表面 哈工大报讯（潘钦敏）[编者的话] 宋代周敦颐在《爱莲说》中写道“予独爱莲之出淤泥而不染”。一千年后的今天，人们已经可以从科学的角度解释莲这种“出淤泥而不染”的特性。与之相关的“仿生超疏水性表面”的研究已成为化学模拟生物体系研究中的一个新领域。本期，化工学院副教授潘钦敏为我们揭开“超疏水性表面”的神秘面纱。 浸润性是固体表面的重要特征之一,它由表面的化学组成和微观形貌共同决定。超亲水和超疏水特性是表面浸润性研究的主要内容。所谓超疏水（憎水）表面一般是指与水的接触角大于150度的表面。人们对超疏水表面的认识，主要来自植物叶——荷叶表面的“自清洁”现象。比如，水珠可以在荷叶的表面滚来滚去，即使在上面浇一些污水，也不会在叶子上留下污痕。荷叶这种出污泥而不染的特性被称作“自清洁”效应。 荷叶效应——超疏水性原理 尽管人们很早就知道荷叶表面“自清洁”效应，但是一直无法了解荷叶表面的秘密。直到20世纪90年代，德国的两个科学家首先用扫描电子显微镜观察了荷叶表面的微观结构，认为“自清洁”效应是由荷叶表面上的微米级乳突以及表面蜡状物共同引起的。其后江雷等人对荷叶表面微米结构进行深入分析，发现荷叶表面乳突上还存在纳米结构，这种微米与纳米结构同时存在的二元结构才是引起荷叶表面“自清洁”的根本原因。 为什么这样的“粗糙”表面能产生超疏水性呢？对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。即使表面上有了一些脏的东西，也会被滚动的水珠带走，这样表面就具有了“自清洁”的能力。这种接触角大于150度的表面就被称为“超疏水表面”，而一般疏水表面的接触角仅大于90度。 自然界里具有“自清洁”能力的植物除了荷叶之外，还有水稻、芋头之类的植物以及鸟类的羽毛。这种“自清洁”效应除了保持表面的清洁外，对于防止病原体的入侵还有特别的意义。因为即使有病原体到了叶面上，一沾水也就被冲走了。所以象荷花这样的植物即使生长在很“脏”的环境中也不容易生病，很重要的原因就是这种自清洁能力。 超疏水表面制备方法 人们知道荷叶自清洁效应已经很多年了，但是很长的时间内却无法做出荷叶那样的表面来。通过对自然界中典型的超疏水性表面——荷叶的研究发现，在低表面能的固体表面构建具有特殊几何形状的粗糙结构对超疏水性起重要的作用。基于这些原理，科学家们就开始模仿这种表面。现在，关于超疏水粗糙表面的研制已有相当多的报道。一般来说, 超疏水性表面可以通过两种方法来制备：一种是在疏水材料表面上构建粗糙结构；另一种是在粗糙表面上修饰低表面能的物质。比如材料学家们可以通过表面处理仿生制备了碳纳米管阵列、碳纳米纤维、聚合物纳米纤维等多种超疏水性表面。关于超疏水表面的研制方法总结起来主要有：熔融物的固化、刻蚀、化学气相沉积法、阳极氧化法、乳液聚合、相分离法以及模板法等。但是这些方法涉及复杂的化学物质和晶体生长，实验条件比较苛刻，成本高，还不能进行工
超疏水材料研究进展
超疏水材料研究进展 摘要: 本文介绍了超疏水材料的性质、应用、转变、制备以及存在的问题等。详细介绍了超疏水材料在流体减阻中、抗腐蚀中、建筑防污耐水等领域内、微流体控制方面的应用和常用的几种制备方法。 关键词:超疏水材料；超疏水应用；制备 1 引言 近年来，超疏水材料引起了人们的普遍关注。所谓超疏水材料，就是指水在材料平面上的接触角大于150°的材料。超疏水材料的特性最初是在荷叶上发现的，荷叶表面的超疏水特性赋予了它们非常好的自清洁效应，污染物很容易被水滴带走[1]。有关超疏水的基础理论研究始于上世纪50年代，因其优异的自洁性有望在国防、众多工业领域和日常生活等方面有广阔的应用前景，研究工作备受各国重视。固体表面的润湿性是由其化学组成和表面微观结构共同决定的。目前，通过对荷叶表面自洁性的仿生研究表明，因其层级微、纳米结合的双微观结构和覆盖在上面的低表面能物质的协同效应而表现出完美的疏水性[2]。 人们通常用液体在材料表面的接触角来表征材料表面的润湿性。按照水滴在材料表面接触角大小的不同，我们可以将材料进行如下分类当接触角小于90o时，我们认为这种材料是亲水材料；如果水滴在材料表面的接触角小于5o，那么这种材料是超亲水材料，例如经浓硫酸和双氧水（体积比为7：3）处理过的硅片，水滴在它的上面会立刻铺展开，展示出超亲水的性质；当材料表面接触角大于90o时，我们认为这种材料是疏水材料；如果材料的表面接触角大于150o那么我们认为这种材料是超疏水材料，例如我们前面所提到的荷叶，水滴在其表面的接触角大于150o，不能稳定停留，极易滑落，因而造就了它“出淤泥而不染”的性质。如图1所示，（a）为亲水，（b）为疏水。 (a) (b) 图1 接触角示意图
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910255321.9 (22)申请日 2019.04.01 (66)本国优先权数据 201811391403.8 2018.11.21 CN (71)申请人 浙江中碧蓝新材料科技股份有限公 司 地址 314100 浙江省嘉兴市嘉善县惠民街 道松海路9号5号厂房第一层103室 (72)发明人 余海明 (51)Int.Cl. C09D 183/04(2006.01) C09D 5/16(2006.01) C09D 7/61(2018.01) C09D 7/63(2018.01) E04B 2/00(2006.01) E04B 1/94(2006.01)E04B 1/66(2006.01)E04C 1/40(2006.01) (54)发明名称 适用于建筑的纳米超疏水材料及其应用 (57)摘要 本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一 种适用于建筑的纳米超疏水材料及其应用。它解 决了现有技术成本高等技术问题。本适用于建筑 的纳米超疏水材料包括以下组分和重量份含量： 甲基三甲氧基硅烷3.2-4.1，份对二甲苯1.0-1.6 份，纳米二氧化硅6.0-10份，无水乙醇50-65份， 碳纳米管1.1-1.5份，棕榈酸三甘油酯0.5-1.1 份。本发明的优点在于： 能够延长建筑使用寿命。权利要求书2页 说明书11页 附图12页CN 110041823 A 2019.07.23 C N 110041823 A
1.适用于建筑的纳米超疏水材料，其特征在于， 包括以下组分和重量份含量： 2.根据权利要求1所述的适用于建筑的纳米超疏水材料制成的疏水混合材料，其特征在于，本疏水混合材料包括以下成分：纳米超疏水材料、泥土和石子。 3.根据权利要求1所述的适用于建筑的纳米超疏水材料制成的疏水混合材料，其特征在于，本疏水混合材料包括以下成分：纳米超疏水材料、水泥和石子。 4.根据权利要求2所述的疏水混合材料，其特征在于，本材料还包括氢氧化钙。 5.建筑外墙砖，包括外墙砖基体，在外墙砖基体的外表面设有纳米材料疏水层，其特征在于，在外墙砖基体的外表面设有若干向外凸出且呈阵列分布的半球形凸起，在外墙砖基体的外表面和半球形凸起的弧形凸面上分别设有上述的纳米材料疏水层，且设置在外墙砖基体外表面上的纳米材料疏水层厚度大于设置在弧形凸面上的纳米材料疏水层厚度，在外墙砖基体周向四表面上分别设有网状凹槽。 6.根据权利要求5所述的建筑外墙砖，其特征在于，所述的外墙砖基体外表面周边设有向外凸起的凸边，所述的凸边呈矩形，所述的凸边上也设有纳米材料疏水层。 7.纳米疏水保温墙，包括从外向内依次设置的外墙砖层、中间拼接墙板和内阻燃墙布，其特征在于，所述的中间拼接墙板靠近外墙砖层的一面设有防水膜，在中间拼接墙板上设有若干呈阵列分布的过钉孔，以及插于每个过钉孔内的自攻钉，自攻钉与外墙砖层连接，外墙砖层包括若干块依次堆叠的外墙砖基体，在外墙砖基体的外表面设有纳米材料疏水层，在外墙砖基体的外表面设有若干向外凸出且呈阵列分布的半球形凸起，在外墙砖基体的外表面和半球形凸起的弧形凸面上分别设有上述的纳米材料疏水层，且设置在外墙砖基体外表面上的纳米材料疏水层厚度大于设置在弧形凸面上的纳米材料疏水层厚度。 8.根据权利要求7所述的纳米疏水保温墙，其特征在于，所述的中间拼接墙板包括若干块依次拼接的拼接板材，在每块拼接板材的内表面分别设有内阻燃墙布；所述的拼接板材一侧设有拼接卡槽，在拼接板材的另一侧设有拼接卡条，相邻的两块拼接板材通过拼接卡槽和拼接卡条连接。 9.根据权利要求8所述的纳米疏水保温墙，其特征在于，拼接卡槽的槽壁上设有内凸锁止条，在拼接卡条上设有与所述的内凸锁止条相匹配的匹配槽，内凸锁止条沿着拼接卡槽长度方向设置，匹配槽沿着内凸锁止条长度方向设置；在拼接卡槽的槽底设有橡胶止水条，拼接卡条远离拼接板材的一侧与橡胶止水条接触从而迫使橡胶止水条径向发生挤压形变。 10.根据权利要求9所述的纳米疏水保温墙，其特征在于，拼接卡条远离拼接板材的一侧具有弧形凸面，弧形凸面的半径大于圆弧凹槽的半径，拼接卡条远离拼接板材的一侧卡入圆弧凹槽则迫使圆弧凹槽向外形变；橡胶止水条具有与拼接卡槽槽底平面相互吻合的接 权 利 要 求 书1/2页2CN 110041823 A
第28卷 第9期2008年9月 物 理 实 验 PH YSICS EXPERIMENT ATION V ol.28 N o.9 Sep.,2008 收稿日期:2008-05-17;修改日期:2008-06-06 基金项目:安徽省自然科学基金(N o.070414187)及国家基础科学人才培养基金(N o.J0630319/J0103)资助项目 作者简介:马 恺(1987-),男,河北保定人,中国科学技术大学物理系本科生. 通讯作者:许小亮(1960-),男,江苏南京人,中国科学技术大学物理系教授,博导,从事功能材料的研究与教学工作. E -mail:x lx u@https://www.doczj.com/doc/f0633908.html, 实验与应用 三步法制备ZnO 花状微结构疏水性薄膜 马 恺,李 华,张 晗,许小亮 (中国科学技术大学物理系,安徽合肥230026) 摘 要:荷叶的疏水性主要来自荷叶表面的微纳复合结构.利用三步法对荷叶表面的微结构进行仿生,制备了Z nO 花状微结构疏水性薄膜.首先用so-l g el 法在普通玻璃衬底上生长SiO 2薄膜,然后进行磁控溅射生长籽晶层,再在其上利用水热法制备出微米量级和微纳复合的2种不同的ZnO 花状微结构的均匀薄膜,经有机修饰后,具有不同程度的疏水能力.用扫描电镜观察了不同微结构ZnO 薄膜的表面特征,用X 射线衍射研究了ZnO 的结晶情况,并且研究了不同微结构对疏水性质的影响.实验结果表明:微纳复合结构可以提高薄膜疏水性,最佳三相接触角达到140b . 关键词:三步法;ZnO;微纳复合结构;疏水薄膜 中图分类号:O 484.1 文献标识码:A 文章编号:1005-4642(2008)09-0009-06 1 引 言 浸润性是固体表面的重要特征之一,也是最为常见的一类界面现象,它是由表面的微观几何结构和表面的化学组成共同决定的[1] .浸润性不仅直接影响自然界中动植物的各种生命活动,而且在人类的日常生活、工农业生产和科学技术中起着重要作用.浸润性可以用固体表面上的接触角来衡量,人们通常把接触角小于90b 的固体表面称为亲水表面,大于90b 的表面称为疏水表面,超过150b 的称为超疏水表面.由于超疏水性表面在自清洁材料和微流体器件中有着重要的应用,最近几年引起了人们广泛的研究兴趣[1-10]. 阵列碳纳米管膜表面呈蜂窝状纳米结构,具有疏水效应[11] .ZnO 纳米棒薄膜表面存在纳米量级的ZnO 棒阵列,也具有疏水效应[12].这些疏水性薄膜只具有纳米量级的结构,并不具有微米量级的结构.通过对荷叶的仿生学研究,发现荷叶效应本质上源于荷叶表面的微纳复合结构,微纳复合结构可以有效地提高薄膜的疏水效应[13].在本文中,用三步法对荷叶表面的微纳复合结构进行仿生,制备了ZnO 疏水性薄膜.首先用so-l gel 法在普通玻璃衬底上生长SiO 2薄膜,目的 是造成微米量级的粗糙表面,降低临界晶核形成功,使之有利于后续自组装仿生结晶;然后进行磁控溅射生长籽晶层,目的是使ZnO 结晶均匀;再在其上利用水热法制备出2种不同的ZnO 花状微结构的均匀薄膜,一种为微米量级的结构,一种为微纳复合结构,经有机修饰后,具有不同程度的疏水能力.通过比较发现,在其他条件相似的情况下,微纳复合结构比单纯的微米结构具有更强的疏水能力. 2 实 验 在本实验中,用三步法制备出ZnO 疏水性薄膜:分为SiO 2基底薄膜的制备,ZnO 籽晶层的制备,ZnO 微米花的制备或ZnO 微纳复合花的制备.最后用有机物对ZnO 微结构的表面进行了修饰. 2.1 SiO 2基底薄膜的制备 用正硅酸乙酯(ETOS)、乙醇(EtOH )、去离子水以及盐酸为原料,按3B 4B 3B 0.035(体积比)的比例混合,用磁力搅拌机搅拌1h,得均匀透明溶胶.以清洗过的玻璃基片为衬底,用浸渍提拉法制得均匀透明的SiO 2薄膜.先在473K 退火1h,待薄膜干燥稳定后,再在673K 退火
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第12期 ·3818· 化 工 进 展 液滴撞击微结构疏水表面的动态特性 施其明，贾志海，林琪焱 （上海理工大学能源与动力工程学院，上海 200093） 摘要：对去离子水滴撞击不同几何尺寸显微结构方柱和方孔状疏水表面的动态特性进行了研究。结果表明：当液滴以不同速度撞击微方柱疏水表面时，液滴展现铺展和回缩过程，且随着韦伯数（We 数）增大，最大铺展直径增大，并伴随卫星液滴出现，但到达最大铺展直径的时间一致；而当液滴以相同的速度（We 数相同）撞击间距不同的微方柱疏水表面时，液滴的最大铺展直径随着间距的增大而减小，且铺展过程会液滴浸润状态变得不稳定，发生由Cassie 向Wenzel 状态的浸润转变。当微方柱间距较小时，液滴受到的黏附功越小，越易发生向Cassie 状态的转变；液滴撞击微方孔疏水表面时，液滴以规则的圆环状向外铺展和回缩，最后呈现近似规则的椭球状，不会发生向Wenzel 状态的浸润转变，利用建立的物理模型对前述现象进行了分析。 关键词：水滴；撞击；表面；显微结构；不稳定性 中图分类号：TQ 051.5 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）12–3818–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.012 Dynamic behavior of droplets impacting on microstructured hydrophobic surfaces SHI Qiming ，JIA Zhihai ，LIN Qiyan （School of Energy and Power Engineering ，University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093， China ） Abstract ：The dynamic behavior of droplets impacting on micropillared and micropored surfaces was investigated in this paper. The results showed that when the droplet impacted on the micropillared surface ，the droplet appeared the spreading and retraction processes. With the increase of Weber number （We ），the spreading diameter increased. Meanwhile ，the satellite droplets appeared. However ，the time to reach the maximum spreading diameter was the same. When the droplet with the same velocity （the same We ） impacted on micropillared surfaces with different pitch between micro pillars ，the maximum spreading diameter decreased with the increase of the pitch ，and the wetting state was instability. The wetting state transited from the Cassie state to the Wenzel state during the spreading process. When the pitch was small ，The smaller the adhesion work is ，the more likely to occur to the Cassie state. Moreover ，the dynamic behaviors of a droplet impacting on micropored hydrophobic surfaces were compared with the micropillared surfaces. The droplet was spreading and retracting on micropored surfaces. In the impacting process ，the wetting state did not transit into the Wenzel state. The phenomenon was analyzed by using the established physical model. Key words ：droplets ；impact ；surface ；microstructure ；instability 联系人：贾志海，博士，副教授，研究方向为先进功能材料在能源动 力工程领域中的应用以及强化传热与节能等。E-mail zhhjia@https://www.doczj.com/doc/f0633908.html, 。 收稿日期：2016-05-12；修改稿日期：2016-08-15。 基金项目：国家自然科学基金（51176123）及上海市自然科学基金（11ZR1424800）项目。 第一作者：施其明（1990—），男，硕士研究生。E-mail qimingshi@https://www.doczj.com/doc/f0633908.html, 。 万方数据