超疏水表面的应用

超疏水表面的应用由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性方面的潜在应用，超疏水表面的研究受到了极大的关注。本文简要介绍了超疏水表面的制备方法，综述了超疏水表面的应用，并对超疏水表面的研究进展进行了展望。关键词：超疏水；准备；应用表面的疏水性通常用表面与水的静态接触角和动态滚动角来描述。超疏水表面是指与水的接触角大于150，滚动角小于10的表面。这种特殊表面在日常生活和工业生产等领域具有非常广阔的应用前景，如玻璃表面防雾、交通指示灯自清洁、船体表面润滑、纺织品防污性能等。滚动角代表薄膜表面的滞后现象。理论上，真正的超疏水表面应该具有大的静态接触角和小的滚动角1。1普通超疏水表面制备方法虽然人工制备超疏水表面的时间不长，但已经发展迅速，越来越有效的制备方法，主要包括模板法、静电纺丝法、相分离和自组装法、溶胶-凝胶法、刻蚀法、水热法、化学沉积和电沉积法、纳米二氧化硅法、腐蚀法等。超疏水表面的应用对功能应用的许多需求推动了超疏水表面的不断研究和发展。如今，在不同的领域出现了大量新的高效的应用模式2。2.1微材料能量场超疏水表面的一个重要应用是它们的可逆性。超疏水可逆性原理可应用于液滴或纳米粒子的操纵和微毛细管引擎。Noso no vsky等人通过照明或电压将下板的表面能增加到一定值，弯月面向下移动以形成毛细管桥，而下弯月面返回到其原始位置。类似的原理可以应用于微物质的操作，例如，当载体基底具有低表面能时，小液滴被提起；相反，水滴被释放出来。这样，可以实现表面能和机械能之间的能量转换，从而便于各种能量之间的转换。这些实验的成功为微材料领域的能源应用和发展提供了广阔的空间。2.2燃料场在传统的燃料输送设备中，多余的燃料会造成极大的浪费。相关的应用是使用超疏油表面进行燃料经济性操作，即在设备中制备超疏油表面。虽然所用的表面是超疏水的，但其制备原理与超疏水表面的制备方法非常相似。uteja等人在输油管道和储油罐中制备了用低表面能物质改性的粗糙表面，这也适用于输送低表面能油液。该成果具有很高的工业应用价值和大规模应用的潜力。2.3光场对于一些光学仪器来说，自清洁功能尤为重要，因此出现了大量关于高渗透性、不反射或高反射的超疏水表面的研究。为了获得表面的透明度，形成表面粗糙度的颗粒必须小于可见波长。实际上，制备高反射率的超疏水表面非常困难。从表面粗糙度的角度来看，随着表面粗糙度的增加，表面的疏水效应增加，但同时表面的反射率降低。为了解决这个问题，沈等人通过控制银镜反应制备了具有超疏水性能的高反射性银镜。在保证高反射率的前提下，可以实现制备具有超疏水性能的基底表面的难题。2.4生物医学领域在生物领域，生物在基质表面的粘附是一种复杂的现象，它包括许多不同的有机物与界面之间的相互作用。当王等人将制备的亲水/超疏水表面浸入蛋白质溶液中时，在超疏水部分中形成空气层，并且分隔壁防止细胞接触表面并形成分离区域，而活细胞可以在亲水表面上自由生长。在临床治疗中，超疏水表面表现出抗细胞粘附特性。部分氟化和生物相容的聚氨酯表面用于测试对血小板的粘附性。实验表明，与普通聚氨酯表面对血小板的强粘附性相比，具有超疏水性能的表面对血小板几乎没有粘附性。2.5金属防锈如前所述，Xi等人直接在铜板上制造粗糙的表面，并在没有任何化学处理的情况下获得超疏水防锈表面。还有金属防锈的应用。刘等将铜与肉豆蔻酸(肉豆蔻酸)的乙醇溶液反应，在铜表面形成超疏水涂层。两者之间的附着力良好，用这种方法处理的铜可以在海水环境中保存一个月。该实验的成功为在海上作业的船舶和设备提供了一个很好的防腐思路。2.6在电池中的应用将超疏水材料引入电池系统可以提高电池效率和耐用性。Lifton等人开发了一种基于纳米超疏水材料的新型电池。电池的两极均由超疏水涂层改性的硅质材料制成，可有效地将电解质与活性电极材料分离，并防止副反应。在燃料电池系统中，碳纳米管作为阴极催化剂，铂纳米粒子负载在碳纳米管上，碳纳米管的超疏水性能够促进电极反应中产生的水的去除，从而改善系统中的传质过程，进而有效提高燃料电池的效率。2.7织物应用超疏水性织物不仅要求高疏水性，而且保证无毒、舒适的原则。一些人试图将超疏水织物编织成织物，例如将马和其他由聚己内酯、苯乙烯和二甲基硅氧烷形成的嵌段聚合物编织成纤维。这两种纤维优异的疏水性和低的卷曲角度使它们成为具有超疏水功能和自清洁功能的纺织织物的首选备用材料。3展望超疏水表面具有广阔的应用前景，近年来已成为材料研究的热点。已经开发了许多不同的制备材料和工艺方法。通过模型分析，我们也对表面微观结构与接触角、滞后和润湿状态的关系有了更深入的了解，为制备具有特殊表面润湿性的材料提供了一定的理论指导。然而，超疏水表面的实际应用尚未普及，许多问题仍有待解决。首先，需要开发一种简单、经济和环境友好的制备方法。大多数现有报告超过疏水表面的制备包括使用相对昂贵的低表面能物质，例如含氟或含硅烷的化合物，以降低表面的表面能。此外，许多方法涉及特定的设备、苛刻的条件和长的周期，这些都难以用于制备大面积超疏水表面3。其次，从实际应用的角度来看，现有的超疏水表面强度和耐久性较差，限制了其在许多场合的应用。由于机械强度差，表面的微观结构也容易被外力破坏，导致超疏水性的丧失；此外，在一些场合或长期使用，表面也可能被油性物质污染，使疏水性更差。开发具有表面微结构的可修复超疏水表面并实现超疏水功能(疏水和疏油)可能是解决实际应用问题的最佳方案。此外，从理论分析的角度来看，表面微观结构的几何形态