超疏水材料 PPT

超疏水材料
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一、结构、制备 二、功能、应用 三、发展前景 四、自然界中的超疏水现象
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。
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、表面微结构的几何形貌，尺寸与表面浸润性，尤其是滞后角直接联 系的定量研究还有待深入 3、应用领域有待拓展 4、低成本化 5、实用性的加强
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。
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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。