超疏水表面的构筑及其研究进展_二_鲍艳
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收稿:2005年11月,收修改稿:2006年3月 *国家自然科学基金项目资助(No.20506005)**通讯联系人 e mail:zhryang @超疏水涂膜的研究进展*曲爱兰 文秀芳 皮丕辉 程 江 杨卓如**(华南理工大学化工与能源学院 广州510640)摘 要 超疏水涂膜以其独特的性能,在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景。
但目前的制备技术制约了其在建筑外墙涂料等大型设施方面的应用。
探索如何采用简单有效的方法构造和调控涂膜的双微观结构,从而获得性能持久优异的超疏水性涂膜,并有效应用于生产和生活的各个方面是这一领域研究的最终目标。
本文就超疏水材料表面理论的发展和近几年来超疏水膜制备技术取得的新成果进行了概括,并指出制备超疏水涂膜存在的问题和发展方向。
利用表面能极低的含氟材料,将溶胶 凝胶、相分离技术和自组装梯度功能等技术有机结合,获得适宜的表面粗糙度和微观构造,是实现超疏水涂膜工业化生产的可行途径。
关键词 超疏水膜 接触角 表面双微观结构 梯度功能中图分类号:O647;TB43 文献标识码:A 文章编号:1005 281X(2006)11 1434 06Studies on Super Hydrophobic FilmsQu Ailan Wen Xiufang Pi Pihui Cheng Jiang Yang Zhuoru(The School of Chemical and Energy Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract Super hydrophobic film is of promise prospect applied in various industrial products.But it is limited by preparing techniques for use as coatings of outside building and large equipments.It is the aim to search simple and effective methods to prepare and control the micro nano binary structure to get super hydrophobic coating.Here we briefly review the development of the theory and recent progress in the process and properties of super hydrophobic films.It is a possible way to realize industrial produc tion of super hydrophobic coating with appropriate roughness and microstructure by the combination of different technologies such as sol gel,phase separation and self assembly of low surface energy materials.Key words super hydrophobic film;contac t angle;micro nano binary structure;gradient function1 引言近年来,植物叶子表面的超疏水性和自清洁效果引起了人们的很大兴趣。
仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究共3篇仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究1仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究随着现代科技的不断进步,仿生学作为一种新兴的研究方向,受到了越来越多的关注。
仿生学是通过对生物体的形态、功能、行为等特征进行研究,来设计新材料、新装置或新系统的一门学科。
仿生学不仅能够解决科学技术方面的问题,还能为环境保护、工业生产等多个领域提供技术支持。
其中,仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究是当前研究的热点之一。
超疏水材料具有抗粘附、自清洁和抗腐蚀等优异的性能,对于液体的微纳级传输和分离具有重要应用价值。
如何设计制备具有超疏水性能的表面材料,一直是材料科学领域的难题。
仿生学为这个难题的解决提供了思路。
仿生超疏水功能表面是通过生物表面的微观结构和化学组成,来制备超疏水材料的表面。
例如,以荷叶表面为模板,制备出仿生超疏水表面就是目前的研究热点。
制备仿生超疏水功能表面主要分为两步,即基础表面处理与微观结构化制备。
其中,基础表面处理主要是对基础表面材料进行改性,以便于制备出具有微观结构的超疏水表面。
微观结构化制备则是通过对表面的化学和物理过程进行控制,来制备出具有各种不同形貌和大小的微观结构,从而实现超疏水的性能。
制备出仿生超疏水功能表面后,需要对其性能进行表征和应用研究。
其中,表征方法主要包括接触角测试、接触角滞后测试、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等。
应用研究方面,仿生超疏水功能表面已经应用于防水、防腐、油水分离、普通自清洁等多个领域。
虽然仿生超疏水功能表面的研究有了重要进展,但在复杂环境中应用时仍面临着挑战和不足。
例如,在高湿度环境下,仿生超疏水表面易出现气体泡沫覆盖导致超疏水性能下降。
此外,仿生超疏水表面的制备成本较高,难以大规模应用。
因此,未来的研究需要解决这些问题,以便更好地推广和应用仿生超疏水功能表面。
综上所述,仿生超疏水表面是一种新型的材料表面,具有重要应用价值。
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·23·耐久超疏水表面的研究进展徐文婷,傅平安,欧军飞*(江苏理工学院 材料工程学院,江苏 常州 213001)摘要:超疏水表面在油水分离、腐蚀防护、防水抗冰等领域具有广泛的研究和应用价值。
然而,其实际应用并未达到预期的广泛程度,主要制约因素在于表面的耐久性不足。
超疏水表面的失效主要体现在两个方面:一方面,由于表面粗糙结构在承受机械载荷时容易遭受高局部压力而受损;另一方面,由于低表面能分子在高温、光照和强氧化剂等刺激下容易发生分解失效。
为了解决上述问题,从耐久型超疏水表面的特点入手,提出了提高超疏水表面耐久性的典型策略。
这些策略包括:(1)构建弹性基底,这可以将微结构上的载荷转移至基体,减少微结构受损的可能性;(2)微结构保护,这种方法通过构筑刚性的护盾,保护了更低尺度的纳米结构免于受损;(3)胶黏+涂装,该策略是通过中间层连接,强化基体与表面微纳结构的结合力;(4)利用低表面能物质的自修复能力,这种方法可以在表面受损后通过自我修复特性恢复其超疏水性;(5)微结构的重建,可以在表面粗糙结构遭破坏后,使其恢复原貌。
最后,对耐久超疏水表面的发展提出了前瞻性的展望,提出了耐久超疏水表面绿色可持续发展的新方向。
关键词:鲁棒性;仿生表面;自修复;铠甲表面中图分类号:TG172 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)11-0023-17DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.002Research Progress on Durable Superhydrophobic SurfacesXU Wen-ting, FU Ping-an, OU Jun-fei(School of Materials Engineering, Jiangsu University of Technology, Jiangsu Changzhou 213001, china)ABSTRACT: Superhydrophobic surfaces have emerged as an exciting area of research with immense potential in various fields.These surfaces, when designed correctly, can repel water to an extraordinary extent and find applications in oil-water separation, corrosion protection, waterproofing, and anti-icing. However, their practical application has been hindered by a lack of durability. The failure of superhydrophobic surfaces can be attributed to two main factors. Firstly, the rough surface structure is susceptible to damage under high local pressure when subjected to mechanical loads. The microstructure, which is the physical foundation of the superhydrophobicity, can be easily crushed or deformed under stress. Secondly, the low surface energy molecules, which are the chemical basis of the superhydrophobicity, tend to decompose and deteriorate when exposed to stimuli such as high temperature, light, and strong oxidants. As a result, the surface's superhydrophobicity diminishes over time.To address these challenges and enhance the durability of superhydrophobic surfaces, several strategies have been proposed. (1) The first strategy involves the construction of elastic substrates. By using elastic materials as substrates, the load on the microstructure can be transferred to the matrix, reducing the likelihood of damage. This approach ensures that the收稿日期:2023-09-28;修订日期:2023-11-07Received:2023-09-28;Revised:2023-11-07基金项目:江苏省高等学校自然科学研究重大项目(23KJA430006)Fund:The Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions of China (23KJA430006)引文格式:徐文婷, 傅平安, 欧军飞. 耐久超疏水表面的研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 23-39.XU Wen-ting, FU Ping-an, OU Jun-fei. Research Progress on Durable Superhydrophobic Surfaces[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 23-39. *通信作者(Corresponding author)·24·表面技术 2023年11月superhydrophobic surface remains intact even under mechanical stress. (2) The second strategy is microstructure protection. A protective shield can be constructed to safeguard the delicate micro/nanostructures from damage. This rigid shield acts as a barrier, shielding the micro/nanostructures from external forces or harsh conditions. Using materials with high mechanical strength and chemical stability prevents the degradation of the micro/nanostructure. (3) The third strategy is utilizing an adhesive+coating. By using an intermediate layer, the adhesion between the substrate and surface micro/nanostructures can be enhanced. This adhesive layer improves the overall durability of the superhydrophobic surface by providing additional support and stability. (4) The fourth strategy involves the use of self-healing materials. Superhydrophobic surfaces can be made from low surface energy materials with self-healing capabilities. These materials can restore their superhydrophobicity even after the surface has been damaged or compromised. This property ensures that the surface can maintain its water-repellent properties over a longer period. (5) The fifth strategy is the reconstruction of microstructures. This approach involves repairing or replacing the damaged microstructures to restore the surface's superhydrophobic properties and performance.Looking ahead, the development of durable superhydrophobic surfaces holds great promise. It offers new opportunities for green and sustainable solutions in various industries. By incorporating the aforementioned strategies, researchers and engineers can create superhydrophobic surfaces that are not only highly efficient but also long-lasting and resilient. These durability enhancement strategies pave the way for the practical implementation of superhydrophobic surfaces in real-world applications, enabling their widespread use and impact. This will contribute to the development of green and sustainable technologies for a wide range of applications.In conclusion, the development of durable superhydrophobic surfaces is crucial for advancing the fields of oil-water separation, corrosion protection, waterproofing, and anti-icing. By addressing the challenges related to surface durability through strategies such as constructing elastic substrates, microstructure protection, adhesive+coating, utilizing self-healing materials, and reconstructing microstructures, the practical application of superhydrophobic surfaces can be significantly enhanced. This will contribute to the development of green and sustainable technologies for a wide range of applications.KEY WORDS: robust; bio-inspred surface; self-healing; armoured surface随着生物进化的不断演进,自然界中许多生物逐渐进化出了具有超疏水性的表面,这些表面具有独特的微观结构和低表面能物质,使得水滴在其表面难以附着[1-5]。
自愈性超疏水表面的方法及应用进展耿敏;董兵海;王世敏;赵丽;万丽;王二静;张艳平【摘要】In recent years,inspired by the the super-hydrophobic surfaces of the animals and plants in nature, based on the influence of the external environment and taking into account the surface chemical composition and the surface microstructure,the scientific research workers have developed the preparation method of the super-hydrophobic surface and successfully prepared the superhydrophobic surface.But when under chemical erosion or mechanical wear it shows poor durability,resulting in its practical application has been greatly limited.In-spired by the ability of lotus leaves to regenerate their superhydrophobicity against physical damage,the combi-nation of superhydrophobic and self-healing properties may prove an effective means to solve this problem.In this paper,the principle of building self-healing superhydrophobic surface,and its current application and pros-pects the development of superhydrophobic future were mainly introduced.%近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面.但由于其在化学侵蚀或机械性磨损下所表现的较差的耐久性,导致其在实际应用中受到了很大限制.受荷叶对物理损伤的超疏水性的再生能力的启发,超疏水和自愈性的组合可能是解决这一问题的有效手段.主要介绍了构造自愈性超疏水表面的原理,以及其目前的应用情况,并对超疏水未来的发展进行了展望.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2018(049)006【总页数】8页(P6049-6056)【关键词】超疏水;自愈;自清洁:自我再生【作者】耿敏;董兵海;王世敏;赵丽;万丽;王二静;张艳平【作者单位】有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062【正文语种】中文【中图分类】O647;TB3240 引言荷叶和许多其它生物在经过数百万年的演变后表现出了超疏水性这一不寻常的润湿特性。
第33卷第4期2012年4月纺织学报Journal of Textile Research Vol.33,No.4Apr.,2012文章编号:0253-9721(2012)04-0146-07纤维基超疏水功能表面制备方法的研究进展薛朝华,尹伟,贾顺田(陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021)摘要对纤维基超疏水功能表面的制备方法进行综述,着重对比层层组装法、溶胶凝胶法、水热法、纳米粒子负载法以及气相沉积法等在大面积纤维基粗糙表面的构筑方面存在的各自优势及应用情况。
对超疏水表面制备过程中的低表面能处理方法进行归纳,同时对超疏水表面的功能复合及研究发展趋势进行展望。
认为超疏水表面的功能性、性能稳定性、产品适用性及环保性能是未来超疏水表面研发的发展方向。
关键词超疏水表面;纤维材料;表面粗糙度;疏水化处理中图分类号:TB 332文献标志码:AProgress in fabrication of fiber-based superhydrophobic surfacesXUE Chaohua ,YIN Wei ,JIA Shuntian(College of Resource and Environment ,Shaanxi University of Science and Technology ,Xi'an ,Shaanxi710021,China )Abstract This review summarized the methods of preparation of fibrous superhydrophobic surfaces ,focusing on the utilization of approaches of layer-by-layer assembly ,sol-gel processing ,hydrothermal synthesis ,coating with nanoparticle composites ,and chemical vapor deposition in surface roughening.The handling methods of low surface energy during preparation of superhydrophobic surfaces were also summarized.Multifunctionalization and future trends of superhydrophobic surfaces were envisioned ,emphasizing the functionality ,stability ,applicability ,and environmental orientation.Key words superhydrophobic surface ;fiber material ;surface roughness ;hydrophobization 收稿日期:2011-04-05修回日期:2011-11-04基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB612309);国家自然科学基金项目(51073091);陕西省自然科学基金项目(2009JQ6007);陕西省教育厅科研计划项目(11JK0971);陕西省重大科技创新专项资金计划项目(2011ZKC05-7);陕西科技大学博士科研启动基金项目(BJ08-11)作者简介:薛朝华(1974—),男,教授,博士。
超疏水表面的制备及其性质研究随着科学技术的不断发展,科学家们不断探索新的物质制备方法,寻求更高的工程技术应用。
其中,超疏水表面是一种备受研究者们关注的材料,因为其具有很多特殊的性质,能够广泛应用于各种领域。
一、超疏水表面的定义和意义超疏水表面是指一种表面能够使水分距离其迅速溢出的表面。
当水滴落到这种表面上,其表面张力 /黏附能会使得水珠变得特别小,此时,水滴向外的接触角会达到90度以上,这种表面常用作自洁、排水和防污染等方面。
超疏水表面深受生活中的应用广泛赞誉。
在医学领域,为潜在药物材料提供了广泛的应用;在环境领域,用于水污染的处理;在汽车钣金表面,能够有效避免大气污染和噪音的影响;在纺织工业,能够有效增强织物的防水能力,降低腐蚀性化学品的接触。
二、制备超疏水表面的方法制备超疏水表面需要确定一组特殊的化学菜单,以及实现多层分层 (从毛细多层表面) 来避免暴露到表面。
此外,为了让疏水能力记录相对优美和准确,制造者们还需要准确地把控材料的流量和温度,使其能够在其他物质表面中崩溃。
1、化学沉积法化学沉积法制备超疏水表面是一种比较常见的方法。
该方法是通过化学沉积挥发性和锐化的溶液,将纳米颗粒分散在表面上,从而形成疏水表面。
同时,与表面增强感受中使用的铜镀法类似,制造者们还可以使用皮质碳纤维进行疏水表面制备。
2、电极沉积法相对于化学沉积法,电极沉积法的制备方法更加复杂。
制造者将钼或铜通过电子感应、蒸降和金属复合的方式,放置于硅基材料上。
在这种复合过程中,制造者需要精确地控制复合过程中的电压和湿度,这样才能有效确保超疏水表面的品质。
三、超疏水表面的性质研究超疏水表面基本特性已经被科学家们深入研究。
如果要进一步研究这个表面的特性,就需要从表面能量、防污性、稳定性、抗磨耗性、生物适应性和环境友好性等方面进行深入考虑。
1、表面能量疏水性由表面能的值密切关系密切。
因此,测定超疏水表面的表面能称为评估其疏水性能的重要前提。
超疏水表面的制备方法及应用的研究进展摘要:在材料科学发展日新月异的今天,超疏水表面一直是材料研究的重点,并在军事、工业、民用方面具有极高的应用前景。
而润湿性是决定材料疏水性的关键所在,如何降低润湿性是提高材料疏水性的主要手段。
本文简单介绍了表面润湿性的基本理论,综述了超疏水表面的制备方法,及其相关应用的研究进展。
关键词:超疏水表面;润湿性;微/纳米结构1.引言在自然界中,许多生物都有着特殊的表面结构,而其中植物叶片的表面结构因其特殊的性质引起了人们极高的兴趣。
而在植物叶片中,荷叶叶片上表面的特殊性质又极为明显,荷叶的表面不均匀且大量地分布着平均直径在5~9微米的乳突,而乳突又是由许多的平均直径在121.1~127.5纳米的纳米分支结构组成。
除此之外,我们还可以发现在荷叶的下一层表面中还存在着纳米级的蜡晶。
通过蜡晶结构与乳突组成的微纳结构,成功地减少了叶面与液体的接触面积。
与此同时,通过微纳结构,荷叶也减少了与脏污的接触,便于脏污被带走,这就是荷叶叶片所表现出的自清洁性。
而溯其根本,自清洁性又是超疏水性的一个表现。
自然界中还有很多动植物的表面有超疏水的性质,例如在水面自由移动的水蛭。
为了这些动植物的研究,是人们对于超疏水表面的认识更加深入,这对于制备功能材料具有很好的意义。
润湿性是影响超疏水性质的关键,是指某种液体在一个平面上的延展,覆盖的能力。
假设有一液面铺展在一平面上,气、液、固三种物质接触于同一点处。
气-液界面的切线与固-液接触面的夹角为θ,称θ为接触角。
为了方便判定,通常以水与固体表面的接触角θ的大小来判断润湿性,并区分亲疏水表面。
当θ大于150?时,该表面被称为超疏水表面;当θ大于90°时,被称为疏水表面;当θ小于90°时,被称为亲水表面;当θ小于10°时,被称为超亲水表面。
其中,90°作为亲水与疏水的分界。
假设有一理想的平滑均匀平面,没有任何粗糙介质,则表面接触角θ满足杨氏方程:图1两种粗糙表面的润湿模型:Wenzel模型和Cassie模型近年来,由于超疏水表面在日常生活中及工业生产等方面有极高的价值,超疏水表面的制备及相关应用研究日益增多,本文主要综述超疏水表面的制备方法与其相关应用。
超疏水表面制备工艺研究近年来,超疏水材料的制备技术在科学界引起越来越多的关注。
其疏水性能极强,可以应用于防水、油污污染防治、生物医用材料等多个领域。
在此,我们将探讨一下超疏水表面制备的相关技术及其研究进展。
一、超疏水表面的特性超疏水表面指的是水接触此表面时呈现出非常小的接触角,通常小于150度,因此雨滴在表面上不易停留,甚至其自身的重力都可能使其滑落,即具备“莲叶效应”。
在超疏水表面上,水珠几乎无法湿润,微小的颗粒和油类污物也可以轻松被溶解或清除,具有优异的特性。
二、超疏水表面的制备工艺1、界面微纳加工法此法是以微纳技术为基础,通过人工调整界面结构和形貌,来达到提高表面疏水性的目的。
其优点在于结构可调、表面性能优异。
其缺点在于工艺复杂,成本较高。
2、激光转移法激光转移法是以激光脉冲为工具,通过材料表面和激光之间的相互作用,实现表面特性的改变。
其优点在于可实现大规模高效制备,其缺点在于目前的工艺条件下,其表面性能尚不完全符合超疏水需要。
3、自组装法自组装法是通过在微纳结构表面,构造可控的疏水颗粒层数来实现疏水表面的制备。
其优点在于工艺简单、成本低廉,适用于大规模制备。
其缺点在于对层数的控制较为困难,制备的材料长期使用可能出现脱层等情况。
三、超疏水表面制备技术进展在研究超疏水表面制备技术的过程中,业界一直在寻求更为高效、成本更低的制备方法,以用于工业化生产。
近年来,利用生物中的天然超疏水结构制备超疏水材料的技术成为一个新的研究方向。
例如,利用蜡叶、蝴蝶翅膀等自然物资,进行仿生学研究,制备出具有超疏水特性的材料。
此外,利用人工智能进行超疏水材料的设计研究也引起了学界的广泛关注,通过计算机模拟、深度学习等技术,来确定最佳的微观结构和形状参数,为超疏水表面的制备提供了新的途径。
总结而言,超疏水材料作为一种新型材料,其制备技术与应用领域正在不断拓展,未来有望能够广泛应用于生活、环保、生物医学等众多领域。
超疏水表面的研究进展超疏水材料的研究进展超疏水材料的研究进展摘要:对植物叶表面的超疏水现象研究表明:植物叶表面的微观结构是引起超疏水的根本原因。
本文通过对荷叶表面的研究得到超疏水材料具有的特点:微纳米尺度复合的阶层结构。
通过相分离方法得到超疏水材料,最后对超疏水材料的研究趋势作了展望.关键词:超疏水材料微纳双重结构接触角滚动角Abstract:By studying the nature superhydrophobic bio-surfaces indicates that : the incooperation of micro-structure and nano-structure are both important for the superhydrophobic materials. Such structures are the key for the superhydrophobic material . The phase separation method is employed to prepare the superhydrophobic materials. The latest trends in the study of superhydrophobic materials are also discussed.Key words:Superhydrophobic materials;Micro-structure and nano-structure ; Contect angle; Roll angle 引言近年来,植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。
所谓植物超疏水能力,就是植物叶面具有显著的疏水,脱附,防粘,自清洁功能等。
固体表面浸润性研究的就是材料的疏水能力。
浸润性是指液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。
接触角和滚动角是评价固体表面浸润性的重要指标。
超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展范治平1,魏增江1,田 冬1,肖成龙1,孙晓玲1,陈承来2,刘伟良1*(1.山东轻工业学院材料科学与工程学院,玻璃与功能陶瓷加工与测试技术山东省重点实验室,济南 250353;2.山东省聊城水文局,聊城 252055)摘要:文章总结了Wenzel方程、Cassie方程及一种具有极高精确度的,可方便测出固体表面上液滴前进角和后退角的测试方法等超疏水表面的最新理论研究成果;回顾了溶胶凝胶法、化学修饰法、喷涂法、液相法、化学蚀刻法、水热法、微相分离法、原位聚合法、静电纺丝法、阳极氧化法等近几年出现的超疏水表面的制备方法;介绍了在微物质能量、生物医学、光学、燃料以及电池应用等领域超疏水表面的最新功能性的应用。
最后,客观地展望了超疏水表面制备及理论研究的发展方向。
关键词:超疏水;超疏水表面;仿荷叶;微纳米结构;接触角一般认为水滴接触角大于150 的表面称为超疏水表面。
超疏水表面的制备通常包括粗糙表面的制备和使用低表面能物质对粗糙表面进行修饰这两个步骤。
随着实验技术的不断革新,一些添加剂、助剂的使用,使得制备工艺进一步完善,进而得到了一些简单、可操作性强且产出成品性能良好的制备方法。
近年来,超疏水表面凭借其特有的自清洁性及良好的生物相容性,受到了更加广泛的关注。
本文介绍了超疏水表面的理论研究进展,探讨了多种新型制备方法及其功能性的应用。
1 超疏水理论进展浸润性是固体表面重要的特性,接触角是衡量固体表面浸润性的主要指标。
最早描述液滴在固体表面接触角的是杨氏方程[1],说明了接触角与固体表面能的关系。
s,g= s,l+ g,l cos (1)公式(1) s,g、 s,l、 g,l分别为固气、固液、气液间的界面张力。
Wenzel[2,3]对杨氏方程进行了修正,指出由于实际情况下材料表面粗糙不平,使得实际接触面积要比理想表面积大,为此提出了Wenzel方程:co s =r( s,g- s,l)/ g,l(2)公式(2)中:r=实际接触面积/表观接触面积。
Material Sciences 材料科学, 2018, 8(5), 429-437Published Online May 2018 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2018.85048Progress on the Fabrication of RoughSurface for Superhydrophobicityand Its ApplicationYin He1, Yongmao Hu2, Shuhong Sun1, Yan Zhu1*1Kunming University of Science and Technology, Kunming Yunnan2Dali University, Dali YunnanReceived: Mar. 20th, 2018; accepted: Apr. 30th, 2018; published: May 7th, 2018AbstractThe superhydrophobic surface has attracted attentions in the field of industry and scientific re-search due to its features such as self-cleaning, drag reduction and dust-repellent properties. This article reviews the progress on the preparation of rough surface for superhydrophobicity and its application. Meanwhile, the disadvantages of superhydrophobic surfaces are evaluated and their development directions are discussed.KeywordsSuperhydrophobic Surface, Micro and Nano Structures, Rough Surface超疏水表面粗糙结构的构造及其应用研究进展贺胤1,胡永茂2,孙淑红1,朱艳1*1昆明理工大学,云南昆明2大理大学,云南大理收稿日期:2018年3月20日;录用日期:2018年4月30日;发布日期:2018年5月7日*通讯作者。
随着当前社会的不断发展和科技的快速进步,高效、节能、绿色环保等概念深入人心,具有自我清洁本领的超疏水表面越来越成为当前热门研究方向之一。
超疏水表面的研究起源于植物学家Barthlott 和Neihuis [1]对植物叶子的研究,首次发现引起植物表面自清洁效果的是植物叶片上的微米级乳突和蜡质晶体,如图1所示。
江雷[2]认为引起超疏水效果的另一重要原因是乳突和蜡质晶体表面存在纳米级结构。
一般来说,“荷叶效应”指的是荷叶具备叶面自清洁的能力,即滴在荷叶表面的雨滴无法在荷叶表面停留而会立即滚落下去,附着在荷叶表面的污染物会随着雨滴的滚落而被带走,留下洁净的荷叶表面。
此外,水稻叶子[3]、蝴蝶翅膀[4]、水黾的腿[5,6]、蝉的翅膀[7]等也具有疏水的本领。
疏水性能的强弱通常使用接触角来表示,接触角大于150°和滚动角小于10°的固体表面,可以被认为超疏水表面[3,8]。
超疏水表面有诸多应用领域,如表面自清洁[9]、金属防腐[10]、油水分离[11]、防结冰[12]和流体减阻[13]等。
本文介绍了制备超疏水表面的基本方法、含氟和无氟超疏水表面的研究进展,并根据当前超疏水表面的特点对未来新材料进行了展望。
1制备疏水表面的基本方法材料的表面能和表面粗糙度对接触角具有重要的影响[14],一般需要在低表面能表面构建粗糙结构或在粗糙表面上修饰低表面能物质来制备疏水及超疏水表面[2]。
1.1降低材料表面能许多优秀的材料原为亲水性,其表面能较高,如SiO 2[15]、TiO 2[16]等材料,需要对其进行低表面能化处理才能变为疏水材料。
Hare 等人[17]的研究表明,当氟元素被氢元素取代后,其表面自由能是增加的,即碳氟化合物和碳氢化合物表面能的排列顺序为-CH 2->-CH 3>-CF 2->-CF 2H>-CF 3,这说明含氟或全氟化合物拥有极低的表面能。
一般可以将高表面能的固体表面浸泡在低表面能化合物的溶液中来降低固体表面能,如Liu 等摘要超疏水表面由于其独特的润湿性,在自清洁等领域具有非常重要的作用。