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材料科学中的超疏水表面技术材料科学是一门重要的学科，它研究各种物质的性质、结构、制备和应用等方面。
在材料科学中，超疏水表面技术受到越来越多的关注和研究。
下面，我们将详细了解这一技术的原理、应用和未来发展方向。
一、超疏水表面技术的原理超疏水表面技术是指通过特殊方法处理表面，使得其具有极强的疏水性能，即液滴在表面上呈现出球形或半球形的情况。
这种技术的核心在于微纳级的表面结构和化学成分的优化。
其中，微纳级的表面结构是关键因素之一。
通过制备一定尺度的微纳级结构，可以增加表面的接触角，即水滴在表面上的接触角大于90度。
同时，微纳级结构还可以改变水滴在表面上的运动方式，使其更容易滚动或滑落。
这些特性使得表面具有更好的自清洁、防污和防腐蚀功能。
另一个重要的因素是化学成分。
通过在表面增加亲水基团或疏水基团，可以调节表面的亲疏水性。
通过控制不同基团的分布密度和类型，可以实现不同功能的超疏水表面。
二、超疏水表面技术的应用超疏水表面技术具有广泛的应用前景，尤其在以下几个方面。
1. 自清洁材料超疏水表面可以有效地减少物质在表面上的侵蚀和积垢，因此可以应用于自清洁材料的制备。
例如，建筑材料、汽车玻璃、纺织品等都可以通过超疏水表面技术实现自清洁效果。
2. 防水和防污涂层超疏水表面可以抵御水和油等液体的渗透和附着，因此可以用于制备防水和防污涂层。
例如，建筑物的屋顶和外墙、飞机的机身和车辆的表面等都可以通过超疏水涂层实现防水和防污效果。
3. 生物医学应用超疏水表面还可以应用于生物医学领域。
通过在医疗器械表面制备超疏水结构，可以防止细菌和其他微生物的附着，从而减少感染的发生。
同时，超疏水表面还可以在肝功能损伤等情况下，帮助肝脏细胞愈合和再生。
三、超疏水表面技术的未来发展在未来，超疏水表面技术将会得到进一步发展和应用。
其中，以下几个方面将是重点。
1. 细化表面结构随着技术的逐步提升，表面结构已经从微观范围向纳米级发展。
未来，细化表面结构将更加普遍，甚至可能到达亚微米级。
学术⼲货超疏⽔那点事⼉（江雷院⼠⼗年经典⽂献盘点）谈到仿⽣材料或者聊到超疏⽔材料，江雷教授⼀定是必聊的话题。
江雷教授在仿⽣功能界⾯材料的制备及物理化学性质研究等领域是绝对是名副其实的⼤⽜，在2009年当选中科院院⼠时，年仅44岁。
这不，今年2⽉份，江雷教授因在超疏⽔性和亲⽔性涂层⽅⾯的贡献当选为美国国家⼯程院外籍院⼠。
⼈⽣赢家，舍“江”其谁？在超疏⽔材料势头不减当年的今天，我们⼀起跟着江教授，⼀起聊⼀聊超疏⽔那点事吧！坦诚讲，⼩编作为门外汉，并不能很好地判断哪些是超疏⽔⽅⾯的经典⽂献。
好在有数据在，帮助⼩编搜集到了诸多好⽂并加以整理，现在和⼤家分享！⼩编利⽤Web of Science核⼼合集为检索平台，以超疏⽔为主题检索词，对江雷教授近⼗年（2006-2016）的SCI论⽂进⾏了检索（具体检索式见⽂末），除去综述⽂章后，挑选了被引次数≥100，或者年平均被引次数≥20的⽂章进⾏了整理和汇总，希望能给对超疏⽔感兴趣的亲们提供⼀些便利！<2006年>1，⼀步溶液浸渍法制备加⼯稳定的仿⽣超疏⽔表⾯One-step solution-immersion process for the fabrication of stable bionic superhydrophobicsurfaces（Adv. Mater., 2006, 18, 6 DOI: 10.1002/adma.200501794 被引=331次期刊IF=18.96）仿⽣形态发⽣技术对合成纳⽶、微⽶尺度的⽆机晶体和有机/⽆机复合材料⼗分流⾏，能够精确控制材料的尺⼨、形态、取向、组织和复杂形态。
众所周知，形态发⽣过程已经被⽤来制造独特的功能性表⾯，诸如具有⾃清洁功能的超疏⽔表⾯等。
超疏⽔表⾯的制备⽅法多样，⼤多数是对莲花叶⽚表⾯的仿⽣，但都有⼀定的局限性，如⼯作环境受限、材料价格昂贵、耐候性持久性差等。
本⽂，作者介绍了⼀种⾮常简易可⾏的⽅法，构造了⼀种环境稳定性强的脂肪酸⾦属羧酸盐超疏⽔表⾯。
“两⾯神”薄膜：⼀⾯超疏⽔⼀⾯超亲⽔⾃然界中，荷叶、稻叶等材料表⾯呈现出不同超疏⽔特性。
道法⾃然，⼈们基于仿⽣策略实现了系列材料超疏⽔表⾯的构筑。
然⽽，荷叶表⾯除具有超疏⽔特性——“荷叶效应”之外，还呈现出表⾯超疏⽔、底⾯亲⽔的“两⾯神（Janus）”润湿特性。
荷叶的两⾯神润湿特性模拟荷叶表⾯这种特性进⾏具有显著润湿性差异Janus膜表⾯构筑。
近⽇，⼀个⼟⽿其—德国联合研究团队以滤纸为多孔基底，通过单⾯修饰聚⼆甲硅氧烷（PDMS）／⽆机微纳颗粒，简便构筑了具有超疏⽔／亲⽔显著润湿性差异的“两⾯神”膜。
这种Janus膜具有优异的化学稳定性、机械稳定性和柔韧性，同时保持良好的透⽓性，在伤⼝处理等⽅⾯具有较⼤的应⽤前景。
荷叶疏⽔表⾯的微观结构研究⼈员选⽤Whatman No. 1滤纸和实验室⼯程棉滤纸为基底材料，将PDMS、硅纳⽶颗粒以及玻璃微球混合均匀后采⽤喷涂技术涂覆到基底表⾯，经过120 ℃加热交联处理后PDMS共价接枝到滤纸表⾯。
该侧滤纸表⾯呈现出超疏⽔特性（接触⾓163.1°± 1.2°）。
同时，研究表明混⼊掺杂三种不同尺⼨的⽆机颗粒（9−13µm、20−60µm、数纳⽶）对于超疏⽔表⾯的构筑⼗分必要，微⽶级尺⼨和纳⽶尺度的⽆机颗粒协同提供微纳粗糙表⾯。
Janus膜的制备及表⾯形貌研究发现加热处理使得PDMS与基底产⽣共价键连接，进⼀步对“两⾯神”膜的内部结构进⾏表征，结果表明在涂层制备过程中涂层组分渗透扩散⾄多孔滤纸内部形成梯度化学改性结构；这⼀结构特性有效地保证了“两⾯神”膜的溶剂／⽔稳定性。
“两⾯神”膜基于底部保持亲⽔特性，其整体保持较⾼的吸⽔率（80 g/m2）。
基于滤纸、表⾯硅橡胶涂层组分优异的柔韧性以及基底与涂层存在共价键连接界⾯，结合⽆机微纳颗粒杂化改性，使得该“两⾯神”膜表⾯具有优异的超疏⽔润湿稳定性。
在循环弯曲以及摩擦测试后，该涂层仍能维持其优异的超疏⽔特性。
关于超疏水表面的基本介绍及其制备【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。
其中关于超疏水表面材料性能的研究及其制备是关键，从微观角度对其性能的说明，介绍和评述超疏水的制备方法，并对该领域的发展进行了展望。
【引言】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。
自从Onda等1996年首次报道在实验室合成出人造超疏水表面以来，这引起了研究人员的广泛兴趣。
总体来说，目前的研究主要集中以下几个领域：1）研究自然界中具有超疏水表面的植物和动物,为开发具有新型表面结构的材料提供灵感。
2）使用无机物或在金属表面制备具有超疏水性表面的材料。
3）使用高分子材料制备具有超疏水性的表面。
4）理论研究,主要是通过构建模型以探讨表面结构状况与接触角或滚动角的关系。
超疏水表面一般可以通过两类技术路线来制备:一类是在低表面能的疏水材料表面上构建微米纳米级粗糙结构;另外一类是用低表面能物质在微米纳米级粗糙结构上进行修饰处理。
其中,制备合适微米纳米级粗糙结构的方法是相关研究的关键。
从制备方法来说,主要有蒸汽诱导相分离法、模板印刷法、电纺法、溶胶凝胶法、模板挤压法、激光和等离子体刻蚀法、拉伸法、腐蚀法以及其他方法。
在此对各种制备方法进行分类评述。
【超疏水表面特性】根据水在固体表面的浸润程度，固体可以分为亲水性和疏水性，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。
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。
1 500目、3 000目、5 000目、7 000目砂纸。
将石墨烯分散于环己烷中，在恒定温度10 ℃下超声处理30 min ，得到分散均匀的石墨烯溶液，取PDMS 预聚体3 g 、固化剂0.3 g 和环己烷0.5 g 以及已经分散好的石墨烯溶液在小烧杯中搅拌均匀，并在真空干燥箱中真空抽气4次以除去多余的气泡，分别浇注在玻璃板上，放入烘箱60干燥5 h ，烘干以后便得到粗糙度不同的PDMS 薄膜。
1.2 样品表征所测样品在室温环境下用接触角测量仪测定PDMS 表面五个不同的位置的接触角，并求平均值作为表面的接触角，每组测量时间保持在2 min 内。
采用扫描电子显微镜对样品进行微观表征。
2 结果与讨论2.1 表面微结构表征金相砂纸是胶粘有磨料颗粒(如碳化硅)的特殊纸张，因此可以以砂纸为模板制备出不同粗糙度的PDMS 表面。
对这些不同目数的砂纸和所制备的PDMS 表面在扫描电子显微镜下进行表征，观察电镜照片可以很明显地看到砂纸表面有很多的碳化颗粒，这些碳化颗粒的粒径不同且之间无序的排列，颗粒之间存在微米级的间隙，不同目数之间的颗粒粒径和间隙都不同，使得以这些砂纸为模板制备的PDMS 表面的结构有所不同。
通过对比砂纸表面和PDMS 表面的的微观形貌，发现PDMS 表面几乎完美复制了砂纸表面的微米结构，作为砂纸表面的复制品，PDMS 表面应该是与砂纸表面互补的，砂纸表面是各种“凸起”，PDMS 表面则是各种“凹槽”，但是由于砂纸表面的碳0 引言自然界的生物经过几十亿年的进化，不同种类的生物具有其独特的风格，例如雨后水滴受表面张力的影响不会粘在荷叶表面，而是像珍珠一样在表面来回滚动，使荷叶表面变得干净，称之为“荷叶效应”。
这是由于荷叶表面具有不易被沾湿的微米级的乳突结构且在顶部具有纳米级的小突起[1]，这种微米纳米级分层结构会隔开水滴和荷叶表面，使水滴不易沾湿荷叶表面，增加液滴与荷叶表面的接触角。
疏水具有优异的防水、防雾、抗氧化等功能因此在工业方面具有很广泛的应用潜力，例如：润滑[2]、减阻[3]、防腐蚀[4]等。
超疏水性表面的制备方法1模板法 (1)2溶胶-凝胶法 (2)3自组装法 (3)4化学气相沉积法 (3)5蚀刻法 (4)6粒子填充法 (5)疏水涂料要达到超疏水性，必须使用特定的工艺技术来提高固体表面的粗糙度。
目前为止通过提高固体表面粗糙度来增强疏水性表面的主要方法有模板法、溶胶-凝胶法、自组装法、化学沉积法、蚀刻法等方法。
1模板法模板法是国内最为常用的制备超疏水涂膜的方法，是一种整体覆盖的表面技术。
模板法以具有粗糙结构的固体为模板，将疏水材料在特定的模板上通过挤压或涂覆后光固化等技术在粗糙固体表面成型、脱模而制得超疏水薄膜。
模板法制备超疏水性涂层具有操作简单、重复性好、纳米线径比可控等优点。
江雷等[1]以多孔氧化铝为模板，通过新的模板挤压法制备了聚丙烯腈纳米纤维。
该纤维表面在没有任何低表面能物质修饰时即具有超疏水性，与水的接触角高达173.8°。
此外，研究者还以亲水性聚合物(聚乙烯醇) 制备了超疏水性表面，打破了传统上利用疏水材料才能得到超疏水性表面的局限。
刘斌等[2]以复制了荷叶表面结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS) 弹性体为软模板，在模板压印条件下，利用紫外光交联预聚物固化成型，得到了具有微乳突结构的仿荷叶表面，与水的接触角达到150°以上，并在此基础上对其表面疏水性进行了优化。
研究表明，随着紫外光固化体系中单体稀释剂含量的增加，样品表面接触角先增大再减小，含量为10%左右时达到最大值；随着交联剂含量的增加，样品接触角起初保持在一定值，含量超过20%后开始减小；随着光引发剂含量的增加，样品表面接触角逐渐增大，引发剂含量大于0.7%之后保持不变；当曝光时间长于10min后，样品表面接触角保持稳定。
Shang等[3]用直径200nm、长10μm的聚碳酸酯微孔膜作模板，放在由正硅酸乙酯及甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS) 配置好的溶胶上，利用毛细管作用将溶胶吸入微孔中，溶剂蒸发后，经500 ℃热处理去除模板，得到如图1所示均一竖直排列的纳米棒状表面。
仿生材料的研究进展王毓祥【摘要】大自然中部分生物体的奇特结构以及其卓越的特性,使人类在创新、研发新型材料时,引发了无数的灵感.仿生材料学是在研究生物体材料构造和产生的过程中,参照生物材料的构造,以及其特殊构效关系,进而启发人工材料的设计,最后建立的一种新兴综合型学科.本文分析了当前较热门仿生材料的研究进展,并预测了仿生材料的发展前景.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】2页(P83-84)【关键词】仿生材料;研究进展【作者】王毓祥【作者单位】青岛市第二中学山东 266000【正文语种】中文【中图分类】T前言大自然适者生存的法则，使生物体的构造不断优化调整。
由蛋白质、糖、矿物质、水等多种基本的生物材料，经过从微观到宏观不同层次的重组，产生了繁杂但异常精准的有机体系，完成了多样化的生物功能及其它功能。
仿生学将大自然生物体的精妙构造，以及特性作为研究目标，将生物的结构特性、能量变换以及信息过程运用到技术创新中。
近年来，由于相关学科的进步，以及当代技术特别是微观、宏观技术的发展，仿生学实现了快速的进步，尤其是发达国家，在仿生技术方面，倾注了巨大的资金及人力，致力于仿生学研究的多样化以及产品的研发。
在我国，学术界和工业界也日益关注仿生技术，国家自然科学基金，基本上每年都有有关的资助项目。
1.仿生材料的研究进展(1)表面仿生超疏水材料近年来，人们根据仿生科学而实行的多种新型材料的研发，正普遍的在各大领域推行，自然界中的超疏水现象，更是人们根据荷叶“出淤泥而不染”的情景，引发灵感而持续发展的。
固体表面的潮湿性能够通过表面以及水的接触角来度量，一般将接触角不超过900的固体表面，定义为亲水表面。
20世纪90年代，德国有一位英文名为Wilhelm Barthlott的伟大的植物学家，对于荷叶外表不沾水的独特现象展开了大量的实验，并根据荷叶的疏水性以及自我洁净的关系，发现了“荷叶效应”。
超疏水纳米涂层是一种具有极端疏水性（水滴接触角大于150度）的表面处理技术，常用于制造自清洁表面、防水防污材料、生物医学器械等。
以下是一种典型的超疏水纳米涂层处理工艺：1. 表面预处理- 清洗：确保基材表面无油污、灰尘和其他杂质。
- 粗糙化：通过机械、化学或激光处理等方式增加基材表面的粗糙度，以提高涂层与基材的结合力。
2. 制备纳米分散液- 选择原料：选择合适的疏水性物质（如有机硅氧烷、氟碳化合物）和纳米填料（如二氧化硅、氧化锌等）。
- 分散：将疏水性物质和纳米填料在适当的溶剂中分散，制备成均匀的纳米分散液。
3. 涂层制备- 涂布：将纳米分散液通过涂布、喷涂、滴涂等方法均匀涂布在预处理后的基材表面。
- 干燥：在适当的温度和湿度下干燥涂层，使其在基材上形成均匀的纳米结构。
4. 固化处理- 热处理：通过加热固化涂层，提高其弹性和耐久性。
- 辐射固化：使用紫外线或电子束等辐射方式固化涂层，加快固化速度。
5. 表面修饰- 表面活性剂处理：在涂层表面引入表面活性剂，以改善涂层的润湿性和稳定性。
- 其他功能性修饰：根据需要，可以进一步引入其他功能性物质，如光催化材料、导电材料等。
6. 性能测试与评估- 接触角测量：使用接触角测量仪测试涂层的超疏水性。
- 耐久性测试：评估涂层在不同的环境条件（如温度、湿度、化学品接触）下的稳定性和耐久性。
7. 后处理- 清洗：去除表面的残留物，确保涂层的清洁和光滑。
- 包装：根据最终应用需求，进行适当的包装，以保护涂层免受污染和损坏。
在整个处理工艺中，需要严格控制工艺参数，如涂布速度、干燥温度、固化时间等，以确保涂层的质量和性能。
仿生纳米超疏水表面1 固体表面的润湿现象与超疏水表面1.1 静态润湿当液体与固体接触时，液体会沿着固体表面向外扩展，同时系统中原来的固气界面和液气界面逐渐地被新的固液界面取代，这一过程称为润湿。
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角，用θ表示。
它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。
接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。
从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度，习惯上将液体在固体表面上的接触角θ=90°时定义为润湿与否的标准，θ>90°为不润湿，θ<90°则为润湿，接触角θ越小，润湿性能越好。
特别地，静态接触角小于100静态接触角大于150°的固体表面称为超疏水表面。
图1 固体表面的润湿图2 几种不同类型的润湿情况图3 几种不同的润湿状态的接触角1.2 动态润湿（动态接触角滞后反映液滴在平面上滑动的难易程度）图4 动态润湿（粘贴到PPT中能动）对于在倾斜的固体表面上运动的液滴而言，在运动方向前后液滴的动态接触角存在着差异，前面的动态接触角最大，称为前进接触角θa，后面的动态接触角最小，称为后退接触角θr;水滴滚动所需的固体表面最小倾斜角称为滚动角α，如图4所示。
图5 滚动角与动态接触角的关系固体表面静态接触角的大小介于前进接触角和后退接触角之间，前进接触角和后退接触角的差值称为动态接触角滞后(Contact angle hysteresis,Δθ)滚动角与动态接触角的数量关系可用如下公式描述：mgsinα=γ(cosθr−cosθa)（1）w式中：m —液滴质量W —液滴宽度g —重力加速度γ— 气液界面表面张力从(1)式中可以看出固体表面的动态接触角滞后Δθ越小，滚动角α越小。
固体表面的动态接触角滞后和滚动角的大小反应了固体表面对液体的亲和力或者固体表面的剪应力，动态接触角滞后和滚动角越大说明固体表面对液体的亲和力或者固体表面的剪应力越大。
1.3 超疏水表面将静态接触角大于150°，动态接触角滞后小于10°的表面定义为为超疏水表面。
由于超疏水表面有极大的静态接触角和很小的动态接触角，当水滴洒到超疏水表面时，既不被表面吸附或润湿，也不能在表面停留，会在惯性和重力作用下顺表面下滑。
这是种特性是普通的疏水表面所不具有的。
（普通的疏水表面只能做到不被水润湿，但是水会停留在表面上）拥有超疏水表面的固体可以视作完全不润湿，当期接触液体时，液滴不但不能润湿固体表面，还能带走固体表面相对亲水的灰尘颗粒，拥有自清洁特性。
因此，超疏水材料的应用前景十分广阔，包括电子产片防水防潮、微量注射器针尖防污染、织物表面防水等。
图4 超疏水表面的特性图5 荷叶的超疏水表面自然界本身也存在不少超疏水表面，如荷叶、水黾、蝴蝶翅膀等，为科学家研究超疏水现象和制作人工超疏水表面提供了良好的素材。
2 表面润湿模型与超疏水表面2.1 Young’s方程润湿现象反应了固体、液体和气体三相界面之间的相互作用，这种相互作用依赖于固液、固气和液气三个界面张力之间的平衡关系。
1805年，英国科学家Thomson Young根据热力学平衡理论首次推导出了理想固体表面(光滑、化学成分均匀)的静态接触角与界面张力之间的函数对应关系，也就是经典的Young氏方程：cosθ0=γsv−γslγlv（2）式中：θ0– 固体表面本征静态接触角γsv– 固气界面表面张力γsl– 固液界面表面张力γlv– 气液界面表面张力由Young氏方程（（2）式）可知，通过改变固体表面的化学成分(即表面化学修饰)降低表面自由能可以提高固体表面的静态接触角。
但是，使用表面化学修饰来降低固体表面自由能是有一定限度的。
研究表明，氟化物表面或者经过氟化处理的固体表面具有最低的表面自由能(6.7mJ/m2)，水在光滑的氟化物表面的静态接触角不会超过120°。
小结：young’s方程模型是描述光滑固体表面润湿的理想模型，该模型说明了在理想固体表面接触角只与固液气界面的表面能有关，通过修饰固体表面化学成分能在一定程度上提高接触角，但有一个极限，难以达到超疏水状态。
2.2 wenzel理论事实上，Young氏方程描述的是一种理想的固体表面润湿状态。
实际的固体表面都存在着一定的粗糙度，理想的固体表面是不存在的。
1936年，美国科学家Wenzel拓展了Young 理论，并首次提出了粗糙固体表面的润湿理论，即经典的Wenzel理论。
Wenzel理论假设液体完全充满了固体表面的粗糙结构，在液体下方形成了均匀的固液界面(即Wenzel界面)，如图1.2(a)所示。
在Wenzel润湿状态下，实际的固液接触面积大于其几何投影面积，通常将它们的比值定义为固体表面粗糙度因子r，即r=实际面积/投影面积。
Wenzel利用表面粗糙度因子r将粗糙固体表面的润湿性与理想固体表面的润湿性结合起来，推导出了经典的Wenzel 方程，即cosθR=rcosθ0（3）式中：r– 固体表面粗糙度因子，r恒大于1θR– 粗糙固体表面本征静态接触角方程中氏表示粗糙固体表面的静态接触角。
因为:是一个大于1的数，所以由Wenzel方程可知，当θ0< 900时，θR< θ0，同时θR随着γ的增加而降低;当θ0> 90°时，θR>θ0同时θR随着r 的增加而增加。
小结：非理想固体的粗糙表面使得固有亲水的固体表面更加亲水，固有疏水的固体表面更加疏水，除了修饰化学成分外，在固体表面构建粗糙结构也能获得静态接触角大于150°的粗糙表面。
2.3 Cassie-Baxter理论图7 三种模型对应的润湿状态1944年，Cassie和Baxter又进一步拓展了Wenzel理论。
他们假设液体没有进入固体表面的粗糙结构中，而是悬浮在粗糙结构之上，如图7中(c)所示。
一部分空气囊或者空气层被包裹在液体与固体表面之间，从而在液体下方形成了一个由固液和液气两种界面共同组成的复合的固液界面(即Cassie-Baxter界面)。
在Cassie-Baxter润湿状态下，粗糙固体表面的润湿性可以使用下面的方程来描述，也就是经典的Cassie-Baxter方程：cosθR=rf sl cosθ0−f lv=rf sl(cosθ0+1)−1（4）式中：f sl– 固液界面所占面积分数f lv– 气液界面所占面积分数，f lv+f sl=1r- 固体表面粗糙度因子由Cassie-Baxter方程（式（4））可知，Cassie-Baxter润湿状态降低了实际的固液接触面积，θR始终大于θ0，对于疏水材料，Cassie-Baxter润湿状态将进一步提高其疏水性，增大静态接触角。
小结：Young’s方程是一个针对光滑固液接触面的理想模型，Wenzel和Cassie-Baxter方程都是对实际的粗糙固液接触面的模型，Cassie-Baxter模型与Wenzel模型的区别在于Cassie-Baxter接触面是固液气的三相接触，在Cassier-Baxter润湿状态下，固液接触面面积减小，静态接触角增大。
2.4 Cassie润湿状态与Wenzel润湿状态根据2.1~2.3的理论模型，在Wenzel润湿状态和Cassie-Baxter润湿状态下，固体表面都有可能获得大于150°的静态接触角，然而，处于润湿状态下液滴在固体表面运动时的动态接触角滞后Δθ以及滚动角α却存在很大的差异。
Bhushan等和Nosonovsky等提出，动态接触角滞后是由固体表面的粘性滞后和表面粗糙度效应二者共同引起的，它们之间的函数对应关系可用下面的方程来描述：cosθa−cosθr=r(1−f lv)(cosθa0−cosθr0)+H r（5）方程右边第一项对应于光滑固体表面的本征动态接触角滞后，其正比于固液接触面积分数1−f lv或者f sl;第二项对应于固体表面的粗糙度效应，其等于粗糙固体表面单位面积内凸起的总周长或者三相线的长度密度。
由方程(4)和(5)可知，降低固液接触面积可以增加表面静态接触角θR，并有效降低动态接触角滞后Δθ。
若考虑极限情况，即固液接触面积非常小，那么液滴在固体表面的静态接触角就会很大，而动态接触角滞后很小，即表面处于超疏水状态。
由方程(4)和(5)联立可得：Δθ=r√f slcosθ−cosθ0)（6）由方程(6)可知，若固体表面处于Wenzel润湿状态，关f sl= 1，增加固体表面粗糙度会增加动态接触角滞后Δθ;若固体表面处于Cassie-Baxter润湿状态，0<f sl< 1，增加液气界面面积分数不仅可以增加固体表面的静态接触角，而且可以降低动态接触角滞后Δθ。
由此可知，只有当固液界面处于Cassie-Baxter润湿状态时动态接触角滞后Δθ才能得到有效的减小，Cassie-Baxter润湿状态对于构建超疏水表面特别是自清洁表面至关重要。
由于Cassie-Baxter润湿状态对于构建超疏水表面特别是自清洁表面至关重要，那么为了获得这样的表面，我们首先要考虑如何获得Cassie-Baxter润湿状态以及如何保持Cassie-Baxter润湿状态稳定性的问题。
通过大量的实验观察发现，通过施加外力可以促使液滴在粗糙固体表面发生Cassie-Wenzel润湿转变，比如电压、光照震动和蒸发等。
令方程（3）和(4)相等，可以得到粗糙固体表面Wenzel润湿状态和Cassie-Baxter润湿状态之间的临界接触角氏的表达式:cosθc=f sl−1r−f sl（7）由于0<f sl<1，r>1，因此由方程（7）可知，θc> 90°。
如果固体表面的平衡静态接触角θ0小于临界接触角θc，即θ0< θc，包裹在液滴下方的空气囊或者空气层就不能稳定地存在，此时液滴将会从Cassie润湿状态转变为Wenzel润湿状态，即发生了Cassie-Wenzel润湿转变;相反，如果固体表面的平衡静态接触角θ0大于临界接触角θc，即θ0>θc，包裹在液滴下方的空气囊或者空气层就能够稳定地存在，此时液滴处于稳定的Cassie润湿状态。
因此，若想得到稳定的Cassie润湿状态，应该尽可能地提高固体表面的静态平衡接触角θ0，同时增加固体表面的粗糙度r，使得临界接触角延迟尽可能地减小。
图8 Cassie-Wenzel转变关系图图8所示曲线为本征接触角θ0与表观接触角θR关系的余弦值形式。
以临界角θc作为分界点，当本征接触角小于该值时，液滴易于处在Wenzel模型状态，而当本征接触角大于该值时，液滴易于处在Cassie模型状态。
