超疏水材料 PPT

❖ 模板法 ❖ 刻蚀法〔射频等离子体、激光〕：2005年ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱim等使用辉光放电射频等离子体技
术, 静态接触角达170° ，外表的平均粗糙度只有10nm, 这是文献报道的外表构 造尺寸最小的超疏水外表〔快速、选择性高、昂贵、不适用大面积〕 ❖ 层层自组装法〔根据聚合物分子的极性不同,通过静电交互作用和氢键键合, 在物 质外表形成化学构造可控、厚度为分子量级的薄膜〕 ❖ 电纺丝技术 ❖ 化学气相沉积 ❖ 机械拉伸 ❖ 聚合物溶液成膜 ❖ 直接成膜
超疏水外表的研究进展幻 灯片PPT
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
超疏水外表
❖ 固体外表的润湿性主要由外表化学组成和外 表微观构造共同决定
❖ 超疏水是指固体外表表观接触角超过150°的 一种特殊外表现象
超疏水外表的构建方法
在外表粗糙构造上修饰低外表能疏水物质 在低外表能疏水材料上构建微观粗糙构造
粗糙度：静态接触角，接触角滞后
❖ 溶胶－凝胶法〔利用含有高化学活性组分的化合物作前驱体进展水解, 得到溶胶 后使其发生缩合反响, 在溶液中形成稳定的凝胶, 最后枯燥凝胶〕
超疏水行为调控
❖ 机械振动〔李文等提示了振动可能改变触角 滞后和引起复合接触与非复合接触的转换〕
❖ 压强〔接触角滞后的变化、复合接触与非复 合接触的转变〕
❖ 光〔氧化锌外表能变化〕 ❖ 温度 ❖ 电压
❖ 外界作用的本质在于为液滴提供了抑制润湿系统自 由能垒的附加能, 可以减小液滴的滞后性, 使液滴较 易滚动
❖ 如果外界提供的附加能到达一临界值, 液滴就会抑制 更大的能垒由复合接触转变为非复合接触, 导致液滴 滚动困难, 反倒不利于超疏水性

[ CH2C(CH3)]
59
11
基丙烯酸 乙酯
COOCH2CH2C7F15
2020/12/12
10
氟丙烯酸酯聚合物的表面形貌
2020/12/12
11
氟丙烯酸酯织物整理剂
氟丙烯酸酯织物整理剂： 杜邦(Teflon)， 赫斯特(Nuva)， 阿托化学(Forapade)、 旭硝子(Asahi-guard)、 大金(Unidyne)
140
Annealing temperature( 0C )
Annealing time is 30 min, the sample is BMA96FAEA10.2
2020/12/12
18
BMA嵌段长度对接触角的影响
FAEA链段长度 固定为 2.0
BMAxFAEA2.0
水在共聚物表面的接 触角
石蜡油在共聚物 表面的接触角
2020/12/12
19
FAEA嵌段长度对接触角的影响
水在共聚物表面 的接触角
BMA嵌段长度 固定为 96
BMA96FAEAx
石蜡油在共 聚物表面的
接触角
2020/12/12
20
含氟嵌段共聚物固体表面能的计算
液体在固体表面的润湿行为可以用Yong氏方程来描述
lv Co ssv sle
lv ld l p
15.4 12.96 0.92 13.88
BMA96FAEM10.1 19.7 113
88
15.0 13.04 0.83 13.87
2020/12/12
22
含氟嵌段共聚物改性丙烯酸树脂的表 面性能
含氟高分子被用作涂料表面改性剂，通过添加 含氟高分子可以获得不润湿表面，使其具有憎 水、憎油和防污能力。

从自然到仿生的疏水超 疏水界面材料
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 —过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

• 缺点:设备昂贵 ,且不利于大面积制备。
2014/3/28
14
• McCarthy等在聚四氟乙烯 ( PTFE)存在下 , 用射频等离子体刻蚀聚丙烯
( PP)制备出粗糙表面。表面与水的前进角 /后退角可达 θA /θR =
172°/169°。
利用射频等离子体刻蚀法在不同刻蚀时间得到的聚丙烯扫描电子形貌图: ( a) 0 min, ( b) 30 min, ( c) 60 min, ( d) 90 min,( e) 120 min, ( f) 180 min
化学气相沉 积法
11
1、模 板 法
➢模板法也称复制模塑法,自20世纪90 年代提出以来差 不多得到了广泛应用。进入21 世纪,复制模塑技术也深 入到超疏水表面的制备研究中,尤其是在仿生超疏水表 面的复制中有着独特的优势。
步骤:
1、复制模塑法是指先用一种预聚物A (一般为
PDMS ,有时也可采纳溶液) 复制出荷叶等超疏水
洁能力。
• 从上面模型可看出:由于荷叶双微观结构的存在,大量空气
储存在这些微小的凹凸之间,使得水珠只与荷叶表面乳突上
面的蜡质晶体毛茸相接触,显著减小了水珠与固体表面的接
触面积,扩大了水珠与空气的界面,因此液滴可不能自动扩
展,而保持其球体状,这就是荷叶表面具有超疏水性的原因
2014/所3/28在 。
8
2014/3/28
9
超疏水表面的制备
一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种是将疏水材料构筑粗糙表面。
2014/3/28
10
超疏水表面的制备 一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种是将疏水材料构筑粗糙表面。
模板法
等离子体 法 化学气相 沉积法

疏水纳米二氧化硅
.
低表面能材料制备 和 粗糙表面建立
以羟基硅油（H-PDMS）与正硅酸乙酯（TEOS）固化后得到的 聚硅氧烷 为低表面能材料， 利用疏水纳米SiO2粒子构造粗糙度，采用喷涂工艺，在玻璃表面制备聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏 水涂层。（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）
.
表面微观结构
不同 SiO2 与 TEOS-PDMS 质量比下杂化涂层的 SEM 照片和接触角。 （a）0；（b）0.1；（c）0.2；（d）0.3；（e）0.3；（f）0.6
1
特种涂层应用
2
工业添加剂应用
3
防火材料应用
4
胶结剂应用
5
建Байду номын сангаас防腐蚀应用
.
1
超疏水（疏水）涂层应用
.
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重 纳米和微米级的超微结构。在超高 分辨率显微镜下可以清晰地看到些 结构上长满绒毛。因此在凹陷部份 中充满着空气，这样就在紧贴叶面 上形成一层极薄，只有纳米级厚的 空气层。空气层使得在尺寸上远大 于这种超微结构的灰尘、雨水等降 落在叶面上后，只能与叶面上凸起 结构的凸顶形成点接触。同时液体 在自身的表面张力作用下收缩形成 球状。在重力作用下，液球会发生 滚动并沿途吸附灰尘直至滚出叶面
纳米二氧化硅
常用尺寸范围15~100nm，具有许多独特的性质，如具有 对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和 耐化学性能等。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形 白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状 和网状的准颗粒结构，分子式和结构式为SiO2，不溶于水。
.
目录
CONTENTS
这就是荷叶自洁效应。

超疏水现象及应用
超疏水得概念
表面得疏水性能通常用表面与水静态得接触 角与动态得滚动角描述。 超疏水表面就是指与水得接触角大于 150 °,而滚动角小于 10°得表面。 接触角通常就是用接触角测定仪来获得。
疏水性的表征量
静态接触角: 越大越好 滚动角: 越小越好
2014/3/28
2
不同表面水滴接触界面状态
9
大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
10
超疏水表面得制备
一种就是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种就是将疏水材料构筑粗糙表面。
2014/3/28
11
超疏水表面得制备 一种就是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种就是将疏水材料构筑粗糙表面。
模板法
等离子体 法 化学气相 沉积法
2014/3/28
得操作示意图
2014/3/28
14
2、等离子体法
• 等离子体:就是由部分电子被剥夺后得原子及原子被电离 后产生得正负电子组成得离子化气体状物质,它广泛存在 于宇宙中,常被视为就是除去固、液、气外,物质存在得第 四态。
• 等离子体法原理:利用等离子体对表面进行处理,获得粗糙 结构 ,从而得到超疏水性得材料表面。
--宋.周敦颐《爱莲说》
超疏水得荷叶表面
2014/3/28
超疏水的荷叶和表面结构（a)球形的水滴滴在荷叶表面 （b)荷叶表面大面积的微结构（c)荷叶表面单个乳突 （d）荷叶表面的纳米结构
7
荷叶表面双微观结构模型
• 通过实验测试,水滴在荷叶表面得接触角与滚动角分别为161、 0°±2、7º与2º。这使得荷叶具有了很好得自清洁能力。
得黏附及由此带来得对针尖得污染; – 防水与防污处理; – ………

中也有极为重要的研究价值。由于其重要性，各行业、 总之，优化制备工艺和简化制备方法以及解决超疏水表面的老化问题，增强超疏水的机械稳定性，将是今后超疏水表面材料研究的主要任务。
通过施加外界刺激而响应的智能化超疏水材料将成为目前及将来超疏水研究的一个新关注点，当外界刺激改变时(如光、电、溶剂和pH等)实现超疏水一超亲水之间互相转变。 所有的这些因素都增加了超疏水表面构建的生产成本，也制约了大面积生产的可行性，很难适合工业生产的要求。
在倾斜表面，在水滴即将滚落下的临界状态下，水滴前部和尾部形 成两个不同的接触角θa和θr。接触角滞后值是这两个角的差值，可以用 于表征固体表面所呈现出的亲－ 疏水状态。液滴的滚动特性随着该接触 角的滞后值的上升而减弱。
综上所述，固体与液体的相互浸润性的好坏及其所表现出的亲－ 疏 水性是由接触角和滚动角两者共同表征。接触角越大和滚动角越小说明 材料表面的疏水性越强。
目前，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90°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5°，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 90°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150°，滚动接触角小于10°，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150°，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。我们研究的 重点是超疏水表面。
因此我们能从中得出结论，尽管粗糙度相似的固体表面，如果其表面形貌微构造存在很大的差异时，那么疏水性能也会因此差别较大。 这类材料因具有超疏水性能，可用于制造防水薄膜、疏水滤膜以及防水透气薄膜等，或者使织物因疏水性能而具有防水、防污染、防灰尘等新功能。

1.2 影响表面浸润性的因素 表面微细结构：Wenzel模型和Cassie模型 影响因素
表面自由能：化学结构、组成
1.2.1 表面微细结构的影响
(1)
Wenzel模型
现象：表面的粗糙结构可增强表 面的浸润性。
Wenzel理论：粗糙表面上的固 液实际接触面积大于表观接 触面积，于是增加了疏水性 或者亲水性。
三表面液珠状态比较图
当基底倾斜后，(c)图可以滑落，(a)(b)图不能滑落，因为上坡面的 接触角还未达到临界后退角。 真正意义上的超疏水表面，应该具有较大的静接触角和较小的滚动角， 其中静接触角通常要求大于150°，滚动角小于10°
假设在某一个粗糙表面上，水滴的接触线移动一个微小的距离dx，则整 个体系的表面能变化dE表示为：
cos H c A1 cos H1 A2 cos H 2
式中Hc为复合表面的表观接触角， H1和H2分别为各组分的本征接触角， A是构成表面各组分的重量分数，A1+A2=1。 此模型可以很好的解释Wenzel模型不能解释的超疏水表面的性能表现。 但不适用于宏观尺度组成不均一的表面。
(3)光滑表面的局限性 ① 对一个表面如果仅仅采用化学方法处理，通常仅能使接触角增加到120° ②对于超疏水的自清洁表面，水珠滚落的去污能力比滑落强，而倾斜的光滑表面水 珠多处于滑动状态，见下图。
2.5 电纺技术 典型应用：Rutledge等用电纺技术制得PS和PS-bPDMS的共混物纤维，如右图。由于PDMS表面能低且 与PS的相容性很差，共混物在纺丝过程中发生相分离 且PDMS向表面富集。电纺得到的混合聚合物无纺布 表面自身所具有的粗糙度及PDMS的富集共同作用， 是接触角达到163°。 电纺法制备的超疏水无纺布的典型形貌