生物质超疏水材料..pptVIP

半纤维素 LOGO 水接触角=114-123o 壳聚糖 LOGO LOGO 淀粉 LOGO 新型超疏水材料的应用将十分广泛： 沙漠集水； 远洋轮船船底涂料，可以达到防污、防腐的效果； 室外天线上，建筑玻璃，汽车、飞机挡风玻璃上，可以防积雪，自清洁； 冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面上，凝聚水、结霜 、结冰现象； 天然气、石油管道内壁表面超疏水分子膜； 用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染； 防水和防污处理； ……… 超疏水材料的应用 沙漠集水器 沙漠集水 轮船底部的低表面能防污涂料 海洋生物会在船底板生长，增加船底粗糙度。 轮船船底涂料 超疏水性自清洁涂料 防冰雪涂料 天然气管道内表面超疏水分子膜及其防腐性能 天然气管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸润形貌对比图 三 研究展望 存在的问题： 成本高。材料的开发涉及较贵的低表面能物质，如含氟或硅烷的化合物； 制作疏水材料的设备要求高、条件苛刻、周期长； 由于表面特殊的微结构，导致机械强度差，易被外力破坏，限制了使用 疏水性持久性不强，已被油性物质污染； 发展方向： 既疏水又疏油的超双疏材料研究，即要实现通过外部刺激实现表面自由能的切换或开关功能； 表面微结构的几何形貌、尺寸与表面浸润性，尤其是与滞后角直接联系的定量研究还有待深入； 应用领域有待拓展； 低成本化； 实用性的加强。 * * LOGO 生物质疏水材料 钟浩权 黄权波 目录 应用 3. 2. 疏水材料综述 1. 展望 4 生物质疏水材料 超疏水的概念 表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述。 超疏水表面是指与水的接触角大于 150 °，而滚动角小于 10°的表面。 接触角通常是用接触角测定仪来获得。 静态接触角： 越大越好 滚动角： 越小越好 疏水性的表征量 滚动角（SA）：滚动角是指液滴在倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表面与水平面所形成的临界角度。等于前进角和后退角之差。前进角：液固界面取代气固界面后形成的接触角叫做前进角；后退角：气固界面取代液固界面后形成的接触角叫做后退角。 接触角和滚动角 接触角的滞后性 　　真实固体表面在一定程度上或者粗糙不平或者化学组成不均一,这就使得实际物体表面上的接触角并非如Young 方程所预示的取值唯一。而是在相对稳定的两个角度之间变化,这种现象被称为接触角滞后现象,上限为前进接触角θa ,下限为后退接触角θr ,二者差Δθ =θa － θr 定义为接触角滞后性。 不同表面水滴接触界面状态 自然界的启示 自然界不会活性聚合，也不会乳液聚合，却可以有着比任何人工合成材料更好的疏水性能——所谓“超疏水”的生命现象。 蝉翼表面的超疏水结构 蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成．纳米柱的直径大约在80 nm，纳米柱的间距大约在180 nm．规则排列纳米突起所构建的粗糙度使其表面稳定吸附了一层空气膜，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。 壁虎的层次结构的脚趾头。脚趾是由成千上万的丝绸和每一个丝绸包含的几百个细微的铲子结构。 (a,b)扫描电子显微图和(c)特征的铲子。 壁虎脚趾的微观结构  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 超疏水的荷叶表面 通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为161.0°±2.7o和2o。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。 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，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。 荷叶表面双微观结构模型 超疏水基本理论 材料的浸润性是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的,通常以接触角θ表征液体对固体的浸润程度。 Cassie 方程 Wenzel 方程 Young方程 对于光滑、平整、均匀的固体表面, Thomas Young在1805 年提出了接触角与表面能之间的关系, 即著名的Young方程: 　 cosθ=(γSV –γSL)/ γLV 式中: γLV、 γSV 、γSL分别表示液-气、固-气、固-液界面的表面张力。 由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面, Wenzel和Cassie对粗糙表面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论 假设粗糙表面具有凹槽和凸起结构 Wenzel理论 Cassie理论 液体完全完全渗入到所接触的