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超疏水材料的合成与性能研究近年来，超疏水材料作为一种具有特殊性质的材料引起了广泛的关注。
它具有极低的表面能和出色的防水性能，能够将水和其他液体完全排斥在其表面上，同时对不同形态的液滴表现出独特的润湿行为。
超疏水材料在防水、自清洁、抗污染、微流体传感器、润滑和能源等方面具有广泛的应用前景。
本文将探讨超疏水材料的合成方法和性能研究的最新进展。
一、超疏水材料的合成方法超疏水表面的制备与材料的结构有着密切的关系。
有许多方法可以用来合成超疏水材料，包括化学法、物理法和生物法。
其中，化学法是最常用和有效的方法之一。
1. 化学法化学合成是一种通过表面改性来实现超疏水性的方法。
常见的合成方法之一是利用表面活性剂，通过改变物质的表面能来实现超疏水性。
例如，将纳米颗粒或纳米结构分别溶于表面活性剂中，然后在基材表面上形成涂层。
这样的涂层可以降低基材表面的能量，从而实现超疏水性能。
2. 物理法物理法合成超疏水材料主要包括表面纳米结构化和表面涂层两种方法。
在表面纳米结构化的方法中，通过一系列的制备步骤，将表面的结构化特征的尺寸控制在纳米尺度范围内。
这些纳米结构可以改变表面的形态和化学成分，从而实现超疏水性。
表面涂层法则是将超疏水材料溶液涂覆在基材表面，通过固化形成覆盖层。
这种方法具有简单、易操作的特点。
3. 生物法生物法合成超疏水材料是利用生物体自身的优良特性来实现。
例如，在一些昆虫或植物的表面上，存在特殊的微米级或纳米级结构，使得其表面具有超疏水性。
研究者们通过模仿这些生物体的结构和特性，合成超疏水材料。
这些生物法合成的超疏水材料具有环境友好、可持续等优点。
二、超疏水材料的性能研究超疏水材料不仅具有出色的防水性能，还具有其他一些特殊的性能。
研究者们对超疏水材料的各项性能进行了广泛的研究和探索。
1. 防水性能超疏水材料的防水性能是其最重要的特点之一。
具有超疏水性的材料可以将水和其他液体完全排斥在其表面上，不会吸收任何液体。
中国在超疏水材料研究方面的进展分子一班 张雷 3013207391Abstract ：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。
2.2气相沉积法（CVD）气相沉积法（CVD）是一种制备微米、纳米结构的有效方法4，因此在近年来在材料学和其它领域获得广泛应用。
超疏水涂层材料的制备及应用研究随着科学技术的不断发展，疏水性材料逐渐成为各个领域的研究热点。
特别是在材料科学和工程领域，疏水性材料的研究与应用受到广泛关注。
超疏水涂层材料是一种疏水性材料，能够在水面形成极为完美的水珠，被广泛用于自清洁、防水、污染防治等领域。
本文将探讨超疏水涂层材料的制备方法和应用研究情况。
一、超疏水涂层材料的制备方法超疏水涂层材料是利用材料表面形态和化学结构对水珠和污染物的吸附性能进行调控，在表面形态和化学结构上进行优化来实现水珠翻滚的目的。
目前较为流行的制备方法主要有以下几种：1.自组装法自组装法是将具有疏水性的有机物分子或金属氧化物纳米粒子通过自组装作用构筑在基底表面上，形成规整、有序排列的纳米结构而实现疏水性材料的制备。
自组装法的优点是制备简单，成本低廉，而且可以通过控制自组装过程来调整材料表面的化学结构和形态，进一步提高其疏水性能，但是，自组装法制备的材料存在稳定性和易剥落的问题。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将一种溶胶溶解在一定比例的溶剂中，形成溶液，利用激发剂或热处理等方法将其凝胶化，形成含有大量孔隙和界面的凝胶体。
在凝胶体中加入具有疏水性的有机物分子或金属氧化物纳米粒子，通过热处理或光照等方法形成超疏水涂层材料。
溶胶-凝胶法制备的材料具有高度的疏水性和化学稳定性，在光学和电子器件、油墨、医疗设备等领域有广泛的应用。
3.化学还原法化学还原法是将含有镀银颗粒的材料与还原剂反应，使银颗粒还原成纳米级别的银质，形成一个超疏水的涂层。
化学还原法制备的材料具有很好的化学稳定性和可用性，可以在电子设备、生物医药、防水等领域中得到广泛应用。
二、超疏水涂层材料的应用研究超疏水涂层材料的应用领域非常广泛，下面我们将从自清洁、防水、污染防治等角度来具体探讨其应用研究情况。
1.自清洁超疏水涂层材料能够形成极为完美的水珠，水滴沿材料表面滚落时，可以带走表面的污染物，从而实现自清洁功能。
超疏水涂层材料的自清洁功能在玻璃、建筑材料、塑料等领域得到广泛应用。
捷的合成方法制备出有机/无机树莓状结构的微球。
分别采用乳液聚合法和分散聚合法制备出粒径为微米级和纳米级左右的PS 高精度微球。
为制备出微球的阶层结构，可采用简单物理混合的方法，经过疏水化处理后的微球，可将其用于铜网的表面修饰，发现可以得到相同的高效油水分离特性的铜网，呈现出超疏水优良的特性。
1.3 绿色无氟超疏水材料郗盼毅等[4]用模板法通过模板“镜像”效应，以新鲜荷叶为模板，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料，使天然的竹材表面呈现出微纳米层次的乳头状凸起结构；涂覆法是将样品完全浸入含有低表面能材料的化学溶液中，然后进行干燥固化成型；电放技术是用聚合物溶液在电场库仑力的作用下被极度拉伸的情况下形成喷射出高速细流，随后落在基板上形成微/纳米纤维膜。
2 超疏水材料的应用在各个领域，超疏水材料的应用不仅相当广泛而且有极大的进展。
因其优异的超疏水性而具备防腐蚀、自清洁、防覆冰的性能，广泛运用于各个邻域，其中包括对金属材料、纺织材料、木材材料、生物组织、口腔医学等，由此可见超疏水材料有着巨大的发展前景和商业潜力[2]。
2.1 金属材料领域的应用利用超疏水材料的防腐蚀特性，可将超疏水材料作为金属涂层保护金属。
SULTONZODA Firdavs 等[5]用硬脂酸乙醇溶液处理后，铝合金表面获得了铝与水在60 ℃下反应形成的纳米-微米二级粗结构。
另外，硬脂酸在铝合金的表面上具有长的键合分支，从0 引言超疏水材料是一种新型材料，广泛应用于各个领域，用于在金属材料领域则具有保护作用，起到了耐腐蚀的效果。
实验证明经过加工该材料也能起到自清洁及耐磨的能力。
随着超疏水材料应用的增加，所面临的问题也在变多，其稳定性成了该材料发展的研究之重。
1 超疏水材料的简介超疏水虽然是一种新型材料，但在自然界中，许多植物叶表面、鸟禽羽毛都具有超疏水性的特点，如蜻蜓的翅膀、池塘的荷叶等[1]。
目前超疏水材料分为两大类：天然和人工合成。
天然的超疏水材料大多来源于自然界的动植物，具有良好的相适应性并且易降解，具有亲水基团，对环境友好。
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。
所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150º。
超疏水涂层微纳米材料可控合成及应用研究一、概述超疏水涂层微纳米材料是指在材料表面形成的一种具有极强疏水性能的特殊涂层，其表面能极低，使得水珠在其表面呈现出高度的球形，与其表面接触的接触角大于150°，使得水珠在其表面上几乎不会留下痕迹。
超疏水涂层具有优异的抗粘性和自清洁性，因此在汽车玻璃、建筑材料、纺织品等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在介绍超疏水涂层微纳米材料可控合成的研究现状和应用前景。
二、超疏水涂层微纳米材料合成技术1. 化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是一种常用的超疏水涂层微纳米材料合成技术，通过将含有相应金属或氧化物前驱体的气体输入反应室，经过热解反应在基底表面沉积出纳米级的超疏水材料。
该方法可以实现对材料组分、结构和形貌的精确控制，形成具有特定性能的超疏水涂层微纳米材料。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将含有金属离子或其他前驱体的溶液先制备成溶胶，然后通过加热或化学反应促使其中的物质发生凝胶化，最终得到超疏水涂层微纳米材料的方法。
该方法简单易行，能够实现大面积均匀的涂层覆盖。
3. 电化学沉积法电化学沉积法是一种利用电解池在基底表面沉积出所需材料的方法，通过控制电极电势、电流密度以及电解液成分可以精确调控涂层的组分和结构，实现超疏水特性。
4. 其他新技术除了上述常用的合成技术，还有一些新的技术不断涌现，如等离子体辅助化学气相沉积法、模板法、离子束辅助沉积法等，这些新技术为超疏水涂层微纳米材料的合成提供了更多的选择和可能性。
三、超疏水涂层微纳米材料在汽车领域的应用超疏水涂层微纳米材料在汽车领域具有广泛的应用前景。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车玻璃可以有效抵抗雨水和污垢的侵蚀，使驾驶者在雨天视野更加清晰，提高行车安全性。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车车身可以减少灰尘、泥浆等污垢的附着，减少清洗和维护的频率和成本。
超疏水涂层还可以应用于汽车轮胎和底盘部件，减少泥浆和水花的粘附，延长汽车的使用寿命。
超疏水材料的制备与界面性能研究引言近年来，随着科技的进步和社会的发展，超疏水材料逐渐成为一种备受关注的新材料。
其独特的界面性能为许多领域带来了诸多新的应用机会。
本文将讨论超疏水材料的制备方法以及其在界面性能方面的研究进展。
一、超疏水材料的制备方法1. 仿生法超疏水材料的仿生法制备是目前较为常用的方法之一。
通过模仿自然界中的疏水表面，如莲叶和罗汉松等，可以使用一系列的化学合成方法制备出具有类似性能的超疏水材料。
这种方法的优势在于具有较高的可控性和易操作性。
2. 组装法组装法是通过自组装或者模板法将微/纳米颗粒有序排列在基底上，形成颗粒阵列或者多孔结构，从而达到超疏水性能。
该方法可以通过调控粒子尺寸、形状和表面修饰等工艺参数，实现对超疏水材料的性能调优，具有很高的灵活性和可扩展性。
3. 化学改性法化学改性法是通过对材料表面进行物理或化学处理，引入各种功能单元以改变其表面性质，从而获得超疏水性能。
常见的方法包括表面修饰、溶液浸涂、溶剂热处理等。
这些方法通常可以在普通材料上实现超疏水效果，提高材料的界面稳定性和抗污染能力。
二、超疏水材料的界面性能研究1. 液滴接触角超疏水材料的液滴接触角是评价其疏水性能的重要指标之一。
接触角的大小直接反映了液滴在材料表面上的展开情况。
通过对超疏水材料接触角的研究，可以揭示材料表面微观结构与界面相互作用之间的关系，为超疏水材料的设计与制备提供参考。
2. 低表面能超疏水材料通常具有很低的表面能。
这一特性使得其表面能远低于液体的表面张力，使液滴在其表面上呈现出球形。
低表面能能够实现超疏水材料的自洁性和抗沾污性，对于减少材料的摩擦系数和提高材料的稳定性有重要作用。
3. 自清洁性超疏水材料的自清洁性是指其表面具有自洁能力，能够将粒子、灰尘等外来物质随液滴的滚动或者风吹而自动清洁干净。
这一特性极大地提高了材料的耐污染性，减少了清洁的频率和强度，对环境保护和材料的长期使用具有重要意义。
喷涂法制备耐久性超疏水涂层及其性能研究喷涂法制备耐久性超疏水涂层及其性能研究摘要超疏水涂层是近年来发展迅速的领域之一，具有广泛的应用前景。
本研究采用喷涂法制备了一种耐久性超疏水涂层，并对其性能进行了研究。
研究结果表明，所制备的超疏水涂层具有优异的耐久性和超级疏水性能，并且在各项性能指标上表现出良好的稳定性。
关键词：超疏水涂层、喷涂法、耐久性、疏水性能引言超疏水涂层是一种具有高度疏水性能的表面覆盖材料，其能有效降低表面的液体粘附，并且在液体滴落时形成快速滚动或完全反弹的现象。
这种特殊的表面性质使得超疏水涂层在自洁、防污、抗腐蚀、液体输送等领域具有广泛的应用前景。
近年来，研究人员通过不同的方法制备超疏水涂层，其中，喷涂法由于其简单、低成本的特点受到了广泛关注。
在喷涂法中，通过将超疏水材料溶解在适当的溶剂中，并通过喷雾喷涂到物体表面来制备超疏水涂层。
然而，由于一些超疏水材料的耐久性不佳，导致涂层的疏水性能随时间的推移而逐渐减弱。
因此，本研究旨在制备一种耐久性超疏水涂层，并对其性能进行全面研究，以提高超疏水涂层在实际应用中的稳定性和可靠性。
实验方法1. 材料准备：选择一种优秀的超疏水材料，将其溶解在适当的溶剂中，获得超疏水涂层的喷涂溶液。
2. 涂层制备：将喷涂溶液充分搅拌均匀后，通过喷雾喷涂的方式将超疏水涂层喷涂到玻璃基板上，并待其干燥。
3. 表面性能测试：使用接触角仪测量涂层的静态接触角，并采用水滴滚动实验测试涂层的超疏水性能。
4. 耐久性测试：将涂层样品放置在常温常湿环境下，定期观察样品的疏水性能变化，并进行表面接触角的测量。
结果与讨论通过喷涂法成功制备了一种耐久性超疏水涂层，并在玻璃基板上得到了均匀的覆盖。
实验结果显示，涂层的静态接触角达到了160°以上，滚动角小于3°，说明所制备的涂层具有高度的超疏水性能。
在耐久性测试中，将涂层样品放置在常温常湿环境下，连续观察30天，结果显示涂层的疏水性能几乎没有明显变化。
超疏水材料的制备及其应用研究超疏水材料是指能够让水珠在表面滚动，甚至完全弹开的材料。
这种材料因其出色的防水性能和自清洁能力而备受人们关注。
近年来，超疏水材料的制备和应用已经成为材料科学领域的热门研究方向。
超疏水材料的制备一般流程如下：首先，通过特殊的化学处理或物理处理方法，在材料表面形成微纳米级别的结构，例如，采用刻蚀、紫外线或激光等技术，使材料表面产生一些微小的凸起和凹陷结构，这些结构的尺寸和形态对超疏水效果有着重要的影响。
其次，将表面进行化学修饰，如在表面涂覆一层具有疏水性质的分子，例如，一些疏水的硅氧烷分子等，使材料表面呈现出水珠无法附着的效果。
最后，通过涂覆或沉积一层保护性涂层，这可保护材料的疏水性能不受外界物质的影响。
超疏水材料在许多领域具有广阔的应用前景。
以下是其中的几个方面：1.防污污液减少表面的附着性，使水、油、污渍等在材料表面无法黏附，能够在工业生产、航空航天、建筑材料等领域发挥重要作用。
作为建筑外墙的涂料、油漆、罩层等，通过涂覆超疏水材料，可以起到抗各种污染物附着的效果，从而使建筑物保持原本应有的美观。
2.自清洁能力超疏水材料表面摆脱了被液滴黏附牢固的情况，使得其表面的沉积物(如尘埃、灰尘等)不同程度地脱落。
这种自清洁能力极大地提高了材料的维护和使用寿命，应用在医疗器械、电子产品、汽车、船舶等领域能够减少维护成本，提高产品质量和性能的稳定性。
3.油水分离材料本身不接触水，可在水中将大部分油分快速分离、吸附掉，因此在污水处理、水污染治理等领域具有很有潜力的应用前景。
目前，超疏水材料的应用正在逐渐扩展到人们生活的方方面面，但其研究和应用仍存在着一些问题和挑战。
首先，超疏水材料的制备工艺还不够成熟，成本过高，需要大量的人力、物力、财力等资源。
其次，超疏水材料的稳定性和持久性尚待提高。
最后，超疏水材料在高温、低温等极端环境下还需要进一步探究和研究，以实现更广泛的应用。
总之，超疏水材料的研究和应用是一个具有重要意义的课题，目前还存在一些问题需要我们共同解决。
疏水涂层的研究现状疏水涂层是一种可以在物体表面形成疏水性能的涂层材料。
它可以使物体表面具有超级疏水性，使水滴在表面上形成极小的接触角，从而改善物体的耐水性和耐污性。
疏水涂层的研究和应用已经取得了显著的进展，下面将详细介绍疏水涂层的研究现状。
疏水涂层的研究起源于自然界中一些特殊表面的观察。
莲花叶子、蜻蜓翅膀等天然的超疏水表面激发了研究者们的兴趣。
研究人员发现，这些天然表面的超疏水性能是由于其表面微结构特征和化学成分所导致的。
在这些天然表面的微观结构上，存在许多微小的几何结构，如微米级的纳米线、纳米柱等，这些微小的结构能够增大物体表面的比表面积，从而增加表面与水接触的空隙。
除了表面微结构特征之外，表面的化学成分也会对疏水性能起到重要的作用。
通过改变表面的化学成分，可以调控物体表面的疏水性能。
在疏水涂层的研究中，最常见的材料是氟化物。
氟化物具有极高的疏水性能，可以使水滴在表面上形成接触角大于150度。
对于氟化物材料的研究，主要集中在两个方面：一是改善涂层的耐久性。
氟化物涂层的耐久性是其应用的一个关键问题，长时间的曝露在大气和温度变化环境中，会导致涂层的损坏和疏水性能的降低。
研究人员通过改善氟化物的结构和使用增强剂等方式，提高了涂层的耐久性。
二是提高涂层的透明性。
氟化物涂层通常是无色透明的，但是传统的氟化物涂层的透明性较差，会降低涂层所覆盖物体的可见光透过率。
为了解决这一问题，研究人员开发了一种新型的透明氟化物涂层。
除了氟化物材料之外，还有一些其他的材料也被用于疏水涂层的研究。
例如，石墨烯是一种新兴的二维材料，具有很高的导热性和导电性。
近年来，研究人员发现石墨烯在表面涂覆后也可以表现出良好的疏水性能。
此外，一些金属氧化物如二氧化钛、二氧化硅等也被用于疏水涂层的研究。
这些金属氧化物材料可以通过控制其纳米微米级的表面结构来实现疏水性能，表面结构的调控包括溶胶-凝胶法、电沉积法、阴离子溅射沉积等。
疏水涂层在实际应用中具有广泛的应用前景。
超疏水材料的研究现状及应用摘要:超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性，是目前功能材料研究的热点之一。
由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注，本文简述了超疏水表面的制备方法，归纳了超疏水表面的应用,对超疏水表面研究的发展进行了展望。
关键词：超疏水表面材料；微流体系统；表面制备方法；表面应用Superhydrophobic materials Researchand ApplicationLi Yongliang(Jiangnan University, College of Chemistry and Materials Engineering JiangsuWuxi 214122,China)Abstract:Superhydrophobic surface material with a waterproof, anti-fouling, can reduce the viscosity of the fluid and other excellent features, is currently one of the hot functional materials. As super-hydrophobic surface in the self-cleaning surfaces, microfluidic systems, biocompatibility and other potential applications, research on super-hydrophobic surface caused a great deal of attention, this paper outlines the super-hydrophobic surface preparation methods, summarized the super-hydrophobic surface application of research for the development of super-hydrophobic surfaces were discussed.Keywords:Superhydrophobic surface material; Microfluidic systems; Surface preparation methods; Surface application近年来，植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。
超疏水材料的设计与制备研究近年来，超疏水材料在科学界引起了广泛的关注和研究。
它们具有极高的疏水性能，可以在接触水面时实现水珠自动翻滚，起到了防污、自洁、抗菌等多种功能。
本文将探讨超疏水材料的设计与制备研究，介绍它们的应用前景和潜在难题。
一、疏水性原理超疏水材料之所以具有疏水性能，是因为它们在表面上形成了高度结构化的微观纳米结构。
这些结构使得超疏水材料表面的接触角远远大于90度，导致水滴无法在其上附着，形成水珠自动翻滚的现象。
这些微观结构的形成与材料表面的化学成分和物理结构密切相关。
二、超疏水材料的设计与制备超疏水材料的设计与制备需要从两个方面进行考虑：表面微观结构和化学成分。
在表面微观结构方面，研究者通常采用自组装技术、模板法、刻蚀技术等方法来制备复杂的纳米结构。
而在化学成分方面，通过选择具有低表面能的材料和在表面添加化学改性剂等手段来实现疏水性能。
这些设计与制备方法相互结合，才能够实现超疏水材料的高效制备。
三、超疏水材料的应用前景超疏水材料的应用前景十分广阔。
在实际应用中，它们可以用于防水涂层、自洁表面、油水分离等方面。
比如，在建筑材料中，超疏水涂层可以有效防止水渗透，提高建筑材料的耐久性；在纺织材料中，超疏水纤维可以避免污渍的附着，实现自洁效果；在环境保护中，超疏水材料可以用于油水分离，实现高效的废水处理。
这些应用前景表明了超疏水材料在多个领域中的巨大潜力。
四、超疏水材料研究中的挑战尽管超疏水材料在科学界引起了广泛关注和研究，但在实际应用中仍然面临一些挑战。
首先，超疏水材料的制备过程较为复杂，需要耗费大量的时间和设备。
其次，超疏水材料的耐久性有待提高，长时间的使用会导致微观结构的破坏。
此外，超疏水材料的制备还面临环保问题，如对环境的污染和资源的浪费。
因此，未来研究需要解决这些问题，进一步提升超疏水材料的应用性能。
五、结语随着科学技术的不断发展，超疏水材料的设计与制备研究也在不断取得突破。
它们的应用前景广阔，可以在多个领域中发挥积极作用。
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2 超疏水材料的用途2.1 超疏水材料在流体减阻中的应用超疏水表面的一个突出的性质是滑移效应的出现, 这一点已被广泛认可[3]。
超疏水材料的应用与研究进展关键信息项：1、超疏水材料的定义及性能特点接触角：＿___________________________滚动角：＿___________________________表面粗糙度：＿___________________________化学组成：＿___________________________2、应用领域自清洁表面：＿___________________________防腐蚀：＿___________________________油水分离：＿___________________________减阻：＿___________________________生物医学：＿___________________________3、研究进展新型材料的开发：＿___________________________制备方法的改进：＿___________________________性能优化策略：＿___________________________理论模型的完善：＿___________________________11 超疏水材料的定义及性能特点超疏水材料通常是指与水的接触角大于 150°，滚动角小于 10°的材料。
其具有独特的表面性能，这主要归因于材料的表面化学组成和微观结构。
111 接触角接触角是衡量材料超疏水性的关键指标之一。
当水滴在材料表面上形成的接触角越大，表明材料的疏水性能越强。
112 滚动角滚动角则反映了水滴在材料表面上的移动容易程度。
较小的滚动角意味着水滴能够轻易地从表面滚落，进一步体现了材料的超疏水性。
113 表面粗糙度材料表面的粗糙度对超疏水性起着重要作用。
适当的粗糙度可以增加空气在表面的留存，增强疏水效果。
114 化学组成材料的化学组成决定了其表面能的高低。
低表面能的化学物质有助于实现超疏水性能。
12 应用领域超疏水材料由于其优异的性能，在多个领域展现出了巨大的应用潜力。
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⑴。
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B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⑵。
当9 =0时，所表现为完全湿润；当9 <90时，表面为可湿润，也叫做亲液表面；当9 >90时，表面则为不湿润的疏离表面；当9 =180°，贝U为完全不湿润。
一般9 >150°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表面上液滴的体积，不管是粗糙的固体表面还是光滑的固体表面，液滴都无法立即达到平衡状态，这种现象称为接触角的粘滞性。
耐久及导电功能性超疏水材料的研究进展1、研究意义固体材料表面的润湿性是材料科学和表面化学中一个非常重要的特性，许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦均与表面浸润性密切相关[1-2]。
受自然界中荷叶表面“出淤泥而不染”的特性的启发，德国科学家Bathlott和Neinhuis首次报道了以荷叶为代表的植物表面的不粘水和自清洁现象，指出这种现象是由表面微结构的乳突和疏水性蜡状物共同引起的，超疏水表面由此诞生[3]。
一般地，我们将水接触角大于150°且滚动角小于10°的固体表面，称为超疏水表面。
除荷叶外，大自然中还存在众多具有特殊浸润性的动植物，如芋叶、水稻叶、玫瑰花瓣以及蝉翼、水黾腿、蝴蝶翅膀、蚊子眼睛等[4,5]。
在自然界中这类生物体的启发下，科研工作者于20世纪后期开展了人工构造超疏水材料的研究工作。
超疏水涂层的构筑一般需满足两个条件：一是低表面能，二是足够的粗糙度。
从制备方法上来说，主要有溶胶-凝胶法、模板法、层层自组装法、化学气相沉积法、刻蚀法等。
近年来，随着科学技术的快速发展，超疏水表面在制备技术及性能研究上有了极大的进步，多种超疏水涂层被相继制备出来，在自清洁[6-7]、金属防腐[8-9]、防覆冰[10-11]、油水分离[12-13]、微流体装置[14-15]等领域展现出巨大的应用价值。
然而，目前制备超疏水材料的方法大多涉及繁琐的工艺过程或昂贵的仪器设备，难以用于大面积的生产；此外，大多数超疏水材料在使用过程中存在持久性不佳、耐用性不强等缺点，特别是容易在机械摩擦或刮擦下受到损伤，导致超疏水性能的丧失；同时，随着现代工业和人工智能化的快速发展，单一的超疏水性已经无法满足材料在柔性电子、快速融冰融雪、无人驱动、透明电极等新兴领域中的使用要求[16-19]。
因此，研究和开发制备工艺简单、抵抗外界破坏能力优异、可实现工业化生产的超疏水材料是具有极大价值的。
另外在设计和制备超疏水材料时，除了使其具备超疏水性，同时赋予其可拉伸性、自修复性、透明性、导电性、导热性等至少一种功能，则会进一步拓宽其应用领域并发挥关键作用，这也是目前在超疏水材料领域中的关键性科学问题。
2、国内外研究现状2.1 耐用超疏水材料超疏水材料表面的低表面能物质容易在强光、强氧化剂的刺激下发生分解，同时其微纳复合结构容易在机械摩擦或刮擦下受到损伤，导致超疏水材料失去超疏水性能，存在持久性不佳、耐用性不强等缺点[20,21]。
针对这一问题，目前采用的主要解决办法有：（1）制备具有柔韧性的超疏水涂层；（2）制备具有层层相似粗糙结构的超疏水涂层；（3）制备具有修复功能的超疏水涂层。
2.1.1 柔性超疏水材料当外力与柔性超疏水涂层接触时，可以有效起到缓冲的作用，从而延长超疏水表面的使用寿命。
特别地，在纺织品、海绵等基材上制备的超疏水涂层因基材独特的柔韧性及涂层与基材良好的结合力，可有效提高耐用性。
同时，这种多孔材料上得到的超疏水表面可以实现油水分离[22-24]，在控制或减轻由石油频繁泄露所引起的海洋污染方面展现出了巨大的应用潜力，十分有助于保护海洋环境和推动海洋产业的可持续发展。
例如，Zhou等人[25]将十三氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）、PDMS和FAS改性的SiO2溶解在己烷中，将织物浸泡其中，经135℃固化30min后得到超疏水织物，接触角可达171o。
该织物经500个洗涤循环、28000个磨损循环、沸水中煮5h，pH=1和14的溶液中浸泡24h仍然能保持超疏水性，具有优异的耐磨性、耐洗性及化学稳定性。
Cortese等人[26]先将棉布织物用氧等离子体处理，在棉布表面构造出布满纳米凸起的粗糙结构，接着通过化学沉积法在上面沉积一层厚度约500nm的类金刚石碳层，得到可以高效分离油水混合物的超疏水棉布（图1），对植物油、汽油、柴油和原油等油品的分离效率高达99%。
超疏水棉布具有良好的酸碱稳定性、湿度稳定性以及水洗稳定性，浸泡在强酸碱溶液72小时、在相对湿度为95%且温度高达120℃的条件下72小时，接触角仍高于160o，水洗20次后接触角高于150o。
该超疏水棉布还可以作为油吸附材料，但缺点是吸附量较小，只能吸附自身重量1.2-4.1倍的油或有机溶剂。
图1 采用氧等离子体和化学沉积法处理棉布示意图以及微观形貌图，a、b和c 分别为未处理、氧等离子体处理和化学沉积法处理后棉布的SEM照片2.1.2 层层相似超疏水材料若超疏水涂层具有层层相似的粗糙结构，当其表面被破坏时，底部相似的结构仍然具有相同的超疏水性。
例如，Peng 等人[27]提出了一种全有机的多氟复合材料体系，将聚四氟乙烯（PTFE）纳米粒子和全氟聚醚引入含氟的环氧树脂交联体系中，喷涂制得具有层层相似的分级粗糙结构的柔性超疏水涂层。
该涂层在循环胶带剥离和Taber 磨损下表现出强大的机械稳定性，且可持续暴露在王水和氢氧化钠等可高腐蚀性介质中。
此外，涂层优异的柔韧性使得其对高速液滴和湍流喷嘴的抗穿刺性至少达到约35 m·s-1，韦伯数达到约43000。
该超疏水涂层可通过喷涂、刷涂、滚涂等方式制得，具有优异的化学、力学耐久性及抗液体刺穿性，在苛刻的化学工程以及基础设施、运输车辆和通信设备中具有巨大应用价值。
此外，Wang等人[28]采用胶粘剂溶胀和胶粘剂粘附的方法，提出一种将疏水型二氧化钛稳固粘合在环氧树脂胶上的超疏水涂层。
由于涂层从上至下层层相似的结构，该涂层在磨损或者水柱冲击损坏后，内部的结构仍然具有优异的超疏水性。
2.1.3 可修复超疏水材料自然界的生物体具有独特的再生性能，当机体的某一部分受损或完全丧失时，在一定的条件下又能够恢复到原始的状态。
通过模仿生物体的这种性能，赋予材料可修复性是延长其使用寿命的一种有效途径。
超疏水材料的修复功能主要是通过低表面能物质的迁移来实现的，而微纳粗糙结构的重造则是另外一种在近期被报道的方法。
利用低表面能物质的迁移实现修复通常是指在微纳粗糙结构的表层中蕴藏着大量的低表面能物质，若表面的化学结构被破坏，则内部的低表面能物质在一定条件下会迁移至表面，使超疏水性得到恢复。
为了提高可修复超疏水材料的修复次数，最为有效的方法就是提高材料内包覆的修复剂的量，如将低表面能分子包覆在微胶囊中。
Chen等[29]采用Pickering乳液聚合的方法，使苯乙烯和二乙烯基苯在引发剂的作用下发生聚合反应生成壁材，形成全氟十二烷基三乙氧基硅烷（FAS12）包裹在内部、改性二氧化硅（SiO2）和二氧化钛（TiO2）粘附在壁材外的微胶囊。
其次，将制备的微胶囊与聚硅氧烷以及氟化SiO2纳米颗粒共混喷涂到基底表面，涂层的水接触角为119.3°。
但是将上述材料在紫外光下照射96h 后，涂层转变为超疏水状态。
这是由于碳碳键的键能比碳氟键小，在紫外光的作用下，TiO2会催化微胶囊壁材的聚苯乙烯发生降解，而FAS12不受影响，并且从破裂的胶囊内部迁移出来，实现表面的超疏水性（图2）。
该涂层经等离子体处理或受机械损伤时，通过紫外光的照射即可恢复超疏水性能。
此外，当涂层表面被油污污染时，在紫外光下照射一定时间，油污会发生降解，从而使涂层恢复原有的超疏水状态。
该涂层的制备过程均利用水相材料，安全环保，同时紫外光是一种常见光源，利用其来进行修复具有简单、成本低等优点。
但这种方法工序繁琐，修复时间较长，且微胶囊内包裹的FAS12是有限的，不利于超疏水材料的长期修复。
图2 基于紫外响应型微胶囊制备自修复超疏水表面的示意图除利用含氟等低表面能物质的迁移，重造微纳粗糙结构也是实现超疏水涂层修复的重要途径。
例如，Lv等人[30]采用模板法在环氧树脂形状记忆聚合物（SMP）表面构造类似荷叶乳突状的微纳粗糙结构，得到接触角为153°和滚动角为3°的超疏水涂层。
该涂层在一定的压力下碾压5min后，表面突起发生倒塌，接触角下降至101°，而在85℃下放置一定时间后，SMP表面被碾平的粗糙结构可重新恢复到原始状态，从而恢复超疏水性能。
同时，该SMP材料在经O2等离子体处理后，由于表面含氟硅烷的迁移也能恢复超疏水性，但该超疏水材料制备过程复杂，采用含氟等昂贵试剂，且对大切口及刮痕的恢复性仍有待研究。
2.2 多功能超疏水材料随着科学技术的发展和科研工作者对超疏水涂层研究的深入，一些具有导电、透明、修复等功能的超疏水材料逐渐被开发出来，在电子、快速融冰融雪、无人驱动、透明电极等新兴领域中具有重要的应用前景。
2.2.1 导电超疏水材料导电超疏水涂层兼具超疏水性和优异的电性能，可以在融冰融雪防水电子器件以及潮湿环境下传感器、电路等的正常运行方面发挥着重要作用。
例如，Chen 等人[31]首先在滤膜上抽滤磷灰石纳米线（HNs）和炭黑的混合溶液以构造粗糙度并形成导电通路，随后浸涂聚二甲基硅氧烷（PDMS）成功制备出具有导电性和阻燃性的超疏水涂层。
该涂层对酸碱液滴具有优异的稳定性，且在相对湿度为90%的环境下放置24h、温度高达300o C的条件下放置12h，电阻和水滴接触角均变化不大。
当给涂层施加电压时，表面在30s内迅速升温并达到150o，有效促进了水滴蒸发和冰渣移除。
然而，羟基磷灰石的合成复杂耗时、涂层基底仅限制于滤膜，同时PDMS的溶解用到有机溶剂乙酸乙酯，对环境和人体健康造成一定影响。
Li等人[32]首先将多壁碳纳米管（MWCNTs）和热塑性弹性体（TPE）的环己烷分散液喷涂在玻璃、织物、橡胶手套等基底上，再进一步通过乙醇浸泡处理，得到接触角高达162o的超疏水涂层。
超疏水涂层的MWCNTs/TPE复合网络结构对拉伸、弯曲以及扭曲过程具有优异的应变感知能力，实现了高灵敏度、高分辨率、快速响应时间、大应变范围以及高稳定性。
更为重要的是，涂层在拉伸以及弯曲过程中均具有良好的超疏水性能，使其在滴水甚至酸碱液滴的条件下也能稳定工作。
此外，Wu等人[33]将导电的银纳米线（AgNWs）和银纳米粒子（AgNPs）沉积到具有热修复能力的聚己内酯（PCL）/聚乙烯醇（PV A）自组装复合膜上，然后在其表面修饰低表面能的全氟癸基硫醇（PFDT），从而制备出具有修复能力的导电超疏水薄膜（图3）。
AgNPs-AgNWs不仅提供了微纳米复合分级结构以实现超疏水性能，同时也赋予该膜优异的电热和光热性能。
当超疏水膜受到损伤时，向其通电或照射近红外光，涂层能有效将电能和光能转化为热能，诱导底层的热修复膜进行修复，同时带动上层的银纳米线层一起运动，实现超疏水表面的整体修复。
该薄膜将电热性能与超疏水性能结合，可赋予其独特的除雪/除冰性能，同时提高涂层的稳定性和使用寿命。
然而，采用银纳米线和银纳米粒子来构造粗糙度和导电通路的制备过程复杂且成本过高，不适宜大规模生产和应用。
