超疏水材料85970.ppt

超疏水材料 目录 一 结构 浸润性是固体表面的重要特征之一 它由表面的化学组成和微观形貌共同决定 超亲水和超疏水特性是表面浸润性研究的主要内容 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 人们对超疏水表面的认识 主要来自植物叶 荷叶表面的 自清洁 现象 比如 水珠可以在荷叶的表面滚来滚去 即使在上面浇一些污水 也不会在叶子上留下污痕 荷叶这种出污泥而不染的特性被称作 自清洁 效应 荷叶效应 超疏水性原理为什么这样的 粗糙 表面能产生超疏水性呢 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 由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形 其接触角可达150度以上 并且水珠可以很自由地在表面滚动 即使表面上有了一些脏的东西 也会被滚动的水珠带走 这样表面就具有了 自清洁 的能力 这种接触角大于150度的表面就被称为 超疏水表面 而一般疏水表面的接触角仅大于90度 二 制备方法 1 蒸汽诱导相分离法2 模板印刷法3 电纺法4 溶胶 凝胶法5 模板挤压法6 激光和等离子体刻蚀法7 拉伸法8 腐蚀法9 其他方法 电沉积 紫外光照射等 溶胶 凝胶法 模板挤压法就是使用孔径接近纳米级的多孔氧化铝膜作为模板 将溶解于溶剂的高分子滴于其上 干燥后得到超疏水表面 通过模板挤压法用有机硅超分子材料制备了超疏水表面 接触角可以达到165 这可能是由于有机硅分子在纳米结构上发生重排 使得疏水基团向外 亲水基团向内并形成分子间氢键 体系表面能降低造成的 模板挤压法效果好 工艺较简单 但如何获得价格便宜 尺寸大并且性能可靠的模板是关键 超疏水表面在减阻中的应用船只等在水面航行时需要消耗很多的能源来克服行进中的摩擦阻力 对于水下航行体如潜艇等甚至可达到80 而对于运输管道如输油 水 管道 其能量几乎全部被用来克服流固表面的摩擦阻力 随着微机电的发展 机构尺度越来越小 固液界面中的摩擦力相对越来越大 如微通道流等摩擦阻力问题已成为相关器件发展的一个重要的制约因素 因此尽量减少表面摩擦阻力是提高航速和节约能源的主要途径 近年来利用超疏水表面减阻的研究越来越受研究者的重视 如利用超疏水硅表面进行减阻研究中发现 减阻可达30 40 利用改性硅橡胶和聚氨酯树脂为主 添加低表面能无机填料或有机填料 在制成的双组分涂料的疏水表面减阻的实验中发现 在相对较低的流速时 其最大表面减阻可达30 但随着流速的增加这种减阻效果下降 原因归于表面粗糙度的影响 目前 有关这方面的研究有待进一步深入 展望存在的问题 1 成本高 材料的开发涉及较贵的地表面能物质 如含氟或硅烷的化合物2 制作疏水材料的设备要求高 条件苛刻 周期长3 由于表面的特殊微结构 导致机械强度差 易被外力破坏 限制了使用4 疏水性持久性不强 已被油性物质污染 发展方向 1 既疏水又疏油的超双疏材料的研究 既要实现通过外部刺激实现表面自由能的切换或开关功能2 表面