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序号： 编码： 湖北省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛 参 赛 作 品 作品名称： “新视野”汽车玻璃贴膜 类别： □自然科学类学术论文 □哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 □科技发明制作A类 R科技发明制作B类 产 品 说 明 书 一、概述 汽车贴膜（Auto foil）就是在车辆前后风挡玻璃、侧窗玻璃以及天窗上贴上一层薄膜状物体，它是利用特殊化学手段，在汽车玻璃表面镀上一层厚度只有几个到十几个纳米的看不见的防护膜，是玻璃表面具有强烈的疏水特征，使水滴无法形成干扰人视线的不规则水膜，同时使落在玻璃表面的灰尘、油污、虫浆很容易被清洗掉，它弥补了玻璃表面的细微裂纹的缺陷，能够除去油膜、污垢，令玻璃更加光洁透亮。 效果和荷叶表面相似，只有雨珠，没有雨膜，风吹则动，很容易脱离玻璃表面，极大提高行车安全性。侧挡和后视镜在下雨时仅有少量雨滴粘附，可以有比较清楚的视野。同时它可以阻挡紫外线、阻隔部分热量以及防止玻璃突然爆裂导致的伤人等情况发生，同时根据太阳膜的单向透视性能，达到保护个人隐私的目的。此外，它也可以减少车内物品以及人员因紫外线照射造成的损伤，在某些层面达到节省燃油消耗的功效。 二、荷叶效应的自清洁现象 植物学家在对植物研究的例行工作中发现：只有那些表面很光滑的叶子才需要清洗，而其它那些表面在显微镜下看起来很粗糙的叶子反而是干净的（如荷叶疏水自洁性图I.1）。对他们来说更值得注意的是：这些具有自洁净功能的叶子甚至可以完全抵制水，很清楚地表明自清洁效果与可润湿性密切关联。在显微镜观察中发现具有拒水保洁功能的植物表面呈微凸起状，这些微凸起大部分是由于表层的蜡质晶体所引起的，它起到了不相同的作用，引起有效的憎水性[3]。进一步说，污垢的粘附就减少了。基于表面光滑和粗糙的防水植物的显微镜观察的数据结果显示了许多生物表面的自清洁机理关键在于表面粗糙度，降低污垢吸附和憎水性的相互依赖关系，这就是“荷叶效应”。 图1.1 荷叶疏水自清洁性能 自清洁原理 荷叶效应的表面物理源于固体表面的液体行为，是粗糙的生物表面、颗粒和水之间的相互作用结果。中科院江雷等[4]研究发现荷叶表面乳突（平均直径5~9μm）上还存在纳米结构[（124.3±3.2）nm]，这种微米结构与纳米结构相结合的阶层结构是产生超疏水和自清洁效应的根本原因。经过电子显微镜分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，此粗糙度为微米、纳米级的细微凸状物表面微结构与荷叶表面所存在的蜡质，使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等与叶面接触时，只能与叶面上的细微凸状物形成点接触（如图1.2[1]、图1.3）。液滴在自身的表面张力作用下形成球状水滴，液滴在滚动中吸附灰尘，表面的灰尘随着液滴滚出叶面，从而保持了叶面的洁净，实现了莲花纳米表面“自洁净”的效果。 图1.2 荷叶的微观结构 图1.3 荷叶的表面自洁性 根据表面能与表面张力理论，以空气为环境媒介的固体与水的润湿性，依赖于他们表面张力的比值（水/空气（），水/固（）和固/空（）），这些表面张力的比值决定了固体表面上的水滴的接触角，并且它们之间的关系可由杨氏方程 （1.1） 来描述。0°接触角意味着完全亲水，而180°接触角意味着完全憎水。由杨氏方程可以看出，较大的固体更容易润湿，相比之下在那些具有较低的固体表面，更倾向于形成高接触角的球状水滴。 由上述可以得出：在固体表面的水滴，对固体表面有一定程度润湿。润湿度取决于表面扩张所需的最低能量和由于吸附而获得的能量之间的平衡。当水滴与固体表面接触时，空气围绕着表面蜡质晶体，扩大了水与空气的接触面积，而将固/水接触面降至最小。在这样的表面上，水通过固体表面吸附只能获得非常小的能量来补偿表面扩张，扩张不易发生，水形成一个球状的液滴，水滴于表层的接触角几乎取决于水的表面张力。沉积在蜡质表面的微粒在大多数包含比碳氢化合物的蜡质成分更容易润湿的物质。另外，微粒比固体表面的微结构的尺寸要大，仅吸附在表面微结构的顶端，使微粒与固体表面的接触面积减至最小。当水珠从叶子表面滚落，由于微粒与固体表面之间的接触面积很小，通过固体表面吸附获得的能量，不能克服微粒和水珠之间的吸附，使微粒从水滴的表面转移。微粒被牢牢地控制在水滴上，随着水滴从叶面上滑落，达到自清洁的效果。 合适的表面粗糙度对于构建疏水性自清洁表面非常重要。根据理论，浸润性由固体表面的化学组成和微观几何结构共同组成，一定的表面微观粗糙度不仅可以增大表面静态接触角，进一步增加表面疏水性，而且更重要的是可以赋予疏水性表面较小的