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超疏水现象及应用 2014/3/28 整理版 1 疏水性的表征量 静态接触角： 越大越好 滚动角： 越小越好 超疏水的概念 2014/3/28 整理版 2 不同表面水滴接触界面状态 2014/3/28 整理版 3 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 2014/3/确28保了自清洁功能。 整理版 5 蝉翼表面的超疏水结构 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 2014/3/28 整理版 6 出淤泥而不染， 濯清涟而不妖。 --宋.周敦颐《爱莲说》 超疏水的荷叶表面 2014/3/28 整理版 7 • 通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为 161.0o ±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 2014/3/28 整理版 8 超疏水表面的形成原因 • 固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定： – 化学组成结构是内因： • 低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效 果。研究表明，光滑固体表面接触角最大为1200左 右。 – 表面几何结构有重要影响： • 具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏(亲) 水表面的疏(亲)水性能 2014/3/28 整理版 9 一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。 一种是将疏水材料构筑粗糙表面。 超疏水表面的制备 2014/3/28 整理版 10 一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。 一种是将疏水材料构筑粗糙表面。 静电纺丝 法 溶胶-凝胶 法 化学气相沉 积法 超疏水表面的制备 ……… . 整理版 主要方法 2014/3/28 11 1.模 板 法 Ø模板法也称复制模塑法, 自20世纪90 年代提出以来已 经得到了广泛应用。进入21