【《超疏水表面的制备方法综述》2200字】

超疏水表面的制备方法综述如前文所述，低表面能和表面微/纳米粗糙结构是材料形成超疏水表面的两个必要条件。通常制备超疏水材料有两种方法：=1\*GB3①使用低表面能物质对固体材料的粗糙表面进行改性处理；=2\*GB3②在含低表面能成分的固体材料表面建造粗糙结构。当下，表面改性技术已经非常成熟，因此制备超疏水材料的关键是构建合理的微/纳米粗糙结构。现提高材料粗糙度的主要方法有三种：=1\*GB3①涂覆低表面能物质；=2\*GB3②施加外力作用到固体材料的表面上；=3\*GB3③从粗糙结构的来源改变其表面构型。从上述思路出发，科研人员构造超疏水材料表面的方法主要如下：1.1模板法图1.6具有坚固双重结构的可重复使用硅模板及超疏水材料的制备[37]Fig.1.6Preparationofreusablesilicontemplateandsuperhydrophobicmaterialswitharobustdualstructure[37]模板法是通过复制自然界中生物体的结构来构造超疏水表面。可以将所需的图案/粗糙度通过模板化赋予基材，其中天然和合成的表面均可用作模板。Xu等人[36]通过在热解的核桃模板中浸入Ni2+溶液中，然后经过煅烧和表面改性，获得了无模板、低表面能的镍片，并通过扫描电镜和接触角测角仪对其形貌和疏水性进行了准确的研究。结果表明，Ni薄片继承了模板的互补性结构，进而继承了模板的拒水能力，即新的表面形貌赋予了镍超疏水性。此外，Zhang等[37]提出了一种简便的模板法制备具有坚固微观结构的超疏水涂层（图1.6）。实验中使用氨丙基三乙氧基硅烷对纳米二氧化钛进行功能化处理，而后接枝弗尔酮二胺，将环氧树脂及固化剂浇注在硅酮模板上，涂覆氨基功能化二氧化钛，最终制得超疏水环氧树脂材料，表面WCA和SA分别达到162.0°和2.5°。而经过紫外线辐射与磨损试验，材料仍具备超疏水性能。此外，其对油酸、煤油、润滑油和植物油等有机污染物具有较好的自洁能力。结果表明，这种模板法制得的超疏水涂层材料在化工等恶劣环境中具有很大的应用潜力。1.2溶胶-凝胶法溶胶—凝胶法是在液体环境中将含有高化学活性组分的化合物的前驱体混合，通过水解和缩合反应使形成稳定的溶胶体系，胶粒间相聚合，成为凝胶交联在一起，进而在三维空间中形成网络结构，最后通过干燥等处理获得微/粗糙结构，再对其进行疏水化处理可制备得到超疏水涂层。图1.7超疏水材料准备过程示意图[38]Fig.1.7Schematicillustrationofthepreparationprocess.[38]Ke等人[38]使用Si(OH)4溶胶作为偶联剂，通过一种简单的溶胶—凝胶法在玻璃基底上制备得到一种高透明性SiO2基超疏水涂层材料（图1.7）。实验结果表明，随着SiO2含量的增加其疏水性能增加，Si(OH)4含量的增加会降低涂层的透光率。此外，该涂料还表现出良好的自洁性能。同时，通过超声破碎、胶带剥离和水滴冲击试验，验证了涂层的高稳健性。总的来说，这种透明超疏水涂层的制造工艺简单，不需要昂贵的设备，且处于合理的能源消耗水平。所有这些优点使它成为一种适合高档应用的方法。1.3层层组装法层层组装法也是构造超疏水表面的有效方法之一，主要通过分子间识别、装配和组合，构建出功能性薄膜。Xiong等人[40]通过2,4—二羟基二苯甲酮功能化纳米SiO2，使形成复合紫外线吸收剂（SiO2-H），将其层层组装PDDA水溶液和二氧化硅-H悬浮液中加入棉织物，再通过HDTMS改性棉织物，制备得到具有超疏水特性的棉织物表面。结果表明，经过改性处理的棉织物抗紫外线能力较强，且具有超疏水性。此外，通过水洗和磨损试验表明，经过改性处理的织物仍有良好的疏水性且耐久性能良好。Guo等人[60]将碳纳米管通过层层组装引到聚酯纤维上，将聚二甲基硅氧烷涂覆至PET织物上作功能化处理，最终得到超疏水织物，如图1.8所示。图1.8多功能超疏水织物的制备示意图[60]Fig.1.8Preparationofmultifunctionalsuperhydrophobicfabric[60]1.4刻蚀法刻蚀法能大面积制备具有表面粗糙微观结构的超疏水材料的方法。Wei等人[39]通过刻蚀改性，在轧制AZ31和AZ91合金表面制备了水附着力可调的超疏水表面。实验显示，随着刻蚀时间的增加，超疏水AZ31和AZ91合金均由高粘着状态向低粘着状态转变，制备的超疏水表面在大pH范围的溶液中具有良好的化学稳定性和高温稳定性。Han等人[59]将经过超快激光烧蚀的材料，使用化学浴的办法构建表面微/纳粗糙结构，再经过表面改性制得一种超双疏表面（图1.9）。经过机械等稳定性测试，结果表明其综合性能良好。图1.9（a）激光化学混合法原理图；(b）至（e）不同放大率下微骨上具有三维可重入纳米草的分层结构的SEM图像；(f）至（g）纳米草结构的TEM和HRTEM图像[59]Fig.1.9(a)Schematicdiagramofthelaser-chemicalhybridmethod;(b)-(e)SEMimagesofthehierarchicalstructureswith3Dre-entrantnanograssonmicroconesindifferentmagnifications;(f)-(g)TEMandHRTEMimagesofthenanograssstructures[59]1.5化学气相沉积法化学气相沉积（CVD）是一种通过反应物在气态下发生化学反应，在固体基体表面形成固体沉积物，从而制备超疏水涂层的方法。化学气相沉积法可以直接在基体表面沉积一层低表面能的涂层，或者直接构造具有一定粗糙度的微纳米结构。Pour等[41]通过一种简便、手工、快速的化学气相沉积法，以DMDCS为涂层，制备出可用于分离油水混合物的聚氯乙烯涂层纺织品（图1.10），具有自洁性好，可重用性高。Mosayebi等人[42]通过CVD法在砂粒表面沉积聚二甲基硅氧烷薄层，制备得到了超疏水砂粒，具有超疏水性，水接触角152±1°，油水分离效率达98%以上，可作为油水分离的有效过滤器。这种方法制备过程简单，一步完成，速度快，不需要复杂的设备。同时沙子被用作一种完美的前体，因为它的数量多，成本低，可用性好，而且有一个固有的粗糙表面。结果表明，实验制得的超疏水砂在恶劣和腐蚀条件下仍能足够稳定，质量和性能没有任何变化，有很好的的稳定性。图1.10聚氯乙烯涂层纺织品制备流程图[41]Fig.1.10PreparationflowchartofPVCcoatedtextiles[41]1.6喷涂法喷涂法是通过分散所需化合物到溶液中，然后经过雾化器处理，最后通过材料固化/干燥处理蒸发留于涂层表面的残留溶剂。Zeng等人[61]将经过1−十八烷硫醇改性后的银纳米粒子与SEBS混合后，进行喷涂，制备了具有优良性能的超疏水涂层（图1