超疏液表面研究取得新进展

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超疏水-超疏油表面的研究进展

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＳｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ－ＳｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃＳｕｒｆａｃｅｓ
ＤａｉＸｕｅｙｕ，ＷａｎｇＹｏｎｇｌｉ，ＧａｏＬａｎｌｉｎｇ
（ＬａｎｚｈｏｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００６０，Ｃｈｉｎａ）
包晓慧［６］以碳化硅颗粒增强铝基（ＳｉＣ／Ａｌ）复合材料为基材，利用刻蚀法制备了超疏水－超疏油表面，他们用Ｂｅｃｋ试剂对ＳｉＣ／Ａｌ复合材料进行化学刻蚀，当经历较短的刻蚀时间（５ｓ）后，ＳｉＣ／Ａｌ复合材料表面呈现出由微米级粒状和纳米级凹坑复合而成的微纳米复合结构，表面经修饰后，具有超疏水性，接触角可达１６５．７°、滚动角为３°；而用较高的电流密度（６Ａ／ｄｍ２）刻蚀ＳｉＣ／Ａｌ复合材料，其表面呈现出由微米级粒状和纳米级颗粒状和波鳞状复合而成的微纳米复合结构，制得水接触角为１６０．７°、滚动角为４°的超疏水自清洁表面；采用电化学刻蚀－沸水浸泡的方法处理后的ＳｉＣ／Ａｌ复合材料表面布满了纳米级线状结构，而随着刻蚀时间的增加，表面的纳米级线状结构更加密集，制得水接触角为１６１．２°、滚动角为２°，油接触角为１５５°的超疏水－超疏油表面；与纯铝相比较，使用ＳｉＣ／Ａｌ复合材料更容易制备出具有超疏水－超疏油的表面，而且所制备的表面具有更好的耐热冲击能力。
超疏水－超疏油表面的制备一直备受国内外研究者的广泛关注，其制备方法有很多，人工制备该表面的关键是构建合适的表面几何形状，即表面粗糙度。本文将介绍超疏水－超疏油表面的研究进展。
Ｔｓｕｊｉｉ等［１－２］首先报道了超疏油表面的制备方法，他们通过阳极氧化对金属铝表面进行电化学处理，以获得具有分形结构的氧化铝粗糙表面，然后在表面上对其进行改性，用正氟烷基磷酸酯进行修饰，制得与植物油的接触角约为１５０°的超疏油表面，油滴在表面上很容易滚动而没有任何黏附；该表面与水的接触角约为１６０°，使其又具有超疏水性。宋金龙等［３］在铝基底上通过电化学和化学加工技术制备出了具有超疏水－超疏油的表面，经过电化学和化学处理后的铝基底表面是由微米级的矩形凸台铝结构和纳米级的针状氧化铝结构组成，使该表面具有微纳米复合结构；该样品表面在氟化处理之前具有超亲水－超亲油性，而通过氟化处理后，水、甘油、花生油和十六烷在样品表面的接触角分别为１６６６°、１６４７°、１６０１°和１５７．７°，滚动角分别为２．０°、２．０°、４．０°和３．５°，使该表面具有超疏水－超疏油性；其中，微纳米粗糙结构的制备和表面能的降低，是该铝样品表面获得超疏水－超疏油性的必要条件。Ｘｉ等［４］通过电化学沉积法在Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ａｌ和Ｓｎ基底上分别制备了超疏水

仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究共3篇

仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究共3篇仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究1仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究随着现代科技的不断进步，仿生学作为一种新兴的研究方向，受到了越来越多的关注。

仿生学是通过对生物体的形态、功能、行为等特征进行研究，来设计新材料、新装置或新系统的一门学科。

仿生学不仅能够解决科学技术方面的问题，还能为环境保护、工业生产等多个领域提供技术支持。

其中，仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究是当前研究的热点之一。

超疏水材料具有抗粘附、自清洁和抗腐蚀等优异的性能，对于液体的微纳级传输和分离具有重要应用价值。

如何设计制备具有超疏水性能的表面材料，一直是材料科学领域的难题。

仿生学为这个难题的解决提供了思路。

仿生超疏水功能表面是通过生物表面的微观结构和化学组成，来制备超疏水材料的表面。

例如，以荷叶表面为模板，制备出仿生超疏水表面就是目前的研究热点。

制备仿生超疏水功能表面主要分为两步，即基础表面处理与微观结构化制备。

其中，基础表面处理主要是对基础表面材料进行改性，以便于制备出具有微观结构的超疏水表面。

微观结构化制备则是通过对表面的化学和物理过程进行控制，来制备出具有各种不同形貌和大小的微观结构，从而实现超疏水的性能。

制备出仿生超疏水功能表面后，需要对其性能进行表征和应用研究。

其中，表征方法主要包括接触角测试、接触角滞后测试、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等。

应用研究方面，仿生超疏水功能表面已经应用于防水、防腐、油水分离、普通自清洁等多个领域。

虽然仿生超疏水功能表面的研究有了重要进展，但在复杂环境中应用时仍面临着挑战和不足。

例如，在高湿度环境下，仿生超疏水表面易出现气体泡沫覆盖导致超疏水性能下降。

此外，仿生超疏水表面的制备成本较高，难以大规模应用。

因此，未来的研究需要解决这些问题，以便更好地推广和应用仿生超疏水功能表面。

综上所述，仿生超疏水表面是一种新型的材料表面，具有重要应用价值。

防止衣服变脏科学家研制超疏液材料

化学性质和质地极为重要，它会紧紧包裹住
应用该材料物体表面的小孔，在这些／Ｊ￣ＴＬ里
装外，这种涂层还能制成透气性外套，用来保
护士兵和科学家，避免他们接触到危险化学物，并能制成防水涂料，减少船只的阻力。当通常对衬衫或者皮肤有害的液滴接触到这种新型 “ 超疏液表面”时，它们会被反弹回来。这项研究的负责人表示，绝大多数洒在上
去像是打印在丝绒上一般。
奢华和魅力相结合的品质造就了这样
一
属丝绒相融合的枕头，他们认为今年金属质感的产品将在市场上大受欢迎，新产品
集合了具有光泽感的丝绒面料和金色、银色金属丝。使用技术手段，让金属丝看上
持原有状态，只要液滴自身的分子相互作用，使其继续保持球形，液体就可从涂层表面反弹
回来。这种涂层排斥的一种液体类别是所谓的非牛顿种类，它们包括洗发液、奶油蛋糕、血
液、油漆、粘土和打印机墨水。
丝绒与金属丝融合的枕头
Ｋｅｖｉｎ０‘ Ｂｒｉｅｎ工作室推出了新的金
款风格独特的产品，它不论在任何一个
房间都能起到非常好的装饰作用。
◆本栏编译／勤宝
力，从而使这种范德瓦尔斯力产生的影响降至
面的任何液体碰到这种材料都会立刻反弹回
来，不会沾湿衣物。而对很多其他类似涂层而
最低。在没有使扩散的诱因下，液滴会持续保

层层自组装法制备超疏水表面的研究进展

山　东　化　工收稿日期：２０２０－０４－２２作者简介：代学玉（１９８４—），女，甘肃永登人，讲师，研究方向：表面功能材料。

层层自组装法制备超疏水表面的研究进展代学玉，于娇娇，汪永丽（兰州石化职业技术学院石油化学工程学院，甘肃兰州　７３００６０）摘要：近年来，超疏水表面因在生产、生活中具有重要的用途而引起了研究者的广泛关注。

本文将对层层自组装法制备超疏水表面的研究进展作一介绍。

关键词：超疏水；层层自组装法；微纳米结构中图分类号：Ｏ６４７文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１２－００４４－０２ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｎｔｈｅＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃＳｕｒｆａｃｅｓｂｙＬａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒＳｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙＭｅｔｈｏｄＤａｉＸｕｅｙｕ，ＹｕＪｉａｏｊｉａｏ，ＷａｎｇＹｏｎｇｌｉ（ＬａｎｚｈｏｕＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００６０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｉｍｐｏｒｔａｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｌｉｆｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｗｉｌｌｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ；ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙｍｅｔｈｏｄ；ｍｉｃｒｏ－ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ润湿性是液体对固体表面的一个重要界面现象，主要取决于固体表面的化学组成和表面粗糙度［１－２］。

超疏水织物表面的研究进展

ｏ）ｗｅｅｒｖｅｅ．ｈｅｅｏｍｅｔｉｈｓｆｌｓｐｏｓｅｔｄｏｏｏｔｉｓｒａｅｗｉｉｒ —ｎｎｉａｄｒｅｉｗｄＴｅｄｖｌｐｎｎｔｉｉｄｗａｒｐｃｅ：ｈｗｔｂａｎｕｆｃｔｍｃｏｎａｏｂｎ — ｅｈｒｌｓｔｕｔｒａｈａｎｃｎｅｎｄｐｏｌｙｃａｓｓｒｃｕｅｗｓｔｅｍｉｏｃｒｅｒｂｅｍｆｒｓａｃｅｓｏｅｅｒｈｒ．
第２７卷第１期０
２１００年１０月
印染助剂
ＴＥＩＥＸＴＬＡＵＸＩＡＲＩＵＥＳ
Ｖｏ．７Ｎｏ１１．０２０ｅ．００ｔ１２
（豫
超疏水织物表面晌研夯进展
张晓莉刘书芳刘玲玲ｓ，，
（．１中原工学院，河南郑州４００；２天津工业大学，天津３０６；３东华大学，上海２１２）５０７．０１０．０６０
Ｐｒｏｇｒｓｏｆｕｐｅｒｅｓｓｈｙｄｒｐｈｏｂｉｆｂｒｃｕｒａｃｏｃａｉｓｆｅ
ＺＮＧＸｉｏｌ．ＬＵＳｕｆｎｚＩｉｇｌｇＨＡａｌＩｈ－ｇ，ＬＵＬｎ — ｎ￣ｉａｉ
（．ｈｎｙａｎｔｕｅｏｅｈｏｇ，Ｚｅｇｈｕ４００，Ｃｉａ．ｉｊｏｔｃｎｃＵｉｅｓｙ１ＺｏｇｕｎＩｓｔｔｆｃｎｌｙｈｎｚｏ５０７ｈｎ；２ＴａｉＰｌｅｈｉｎｒｉ，ｉＴｏｎｎｙｖｔＴａｊ０１０ｈｎ；３ＤｎｈａＵｉｅｓｙＳａｇａ０６０Ｃｉａｉｉ３０６，Ｃｉａ．ｏｇｕｎｖｒｔｈｎｈｉ１２，ｈｎ）ｎｎｉ，２

超疏水表面制备技术的研究进展

构和低表面能物质修饰２个方面总结近年来超疏水表面制备技术的研究进展，并对超疏水表面的研究进行展望。
关键词：超疏水；接触角；低表面能物质；微细结构中图分类号：０４文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０１１０５６７２４— １０２１） —１７—
ｌｔｎｈｐｗｅｅｉｔｏｕｅａｄｔｅｉｆｅｃｆｓｒａｅｒｕｈｍｉｒｓｒｃｕｅｏｏｔｃｎｌｓｄｓｕｓｄ．ｕｅｈｄｏａｉｓｉｒｎｒｄｃｄ，ｎｈｎｌｎｅｏｕｆｃｏｇｃｏｔｕｔｒｎｃｎａｔａｇｅｗａｉｃｓｅＳｐｒｙｒ— ｏｕ
低表面能物质聚二甲基硅氧烷（Ｄ）具有良ＰＭＳ好的稳定性和疏水性能，常被作为制备超疏水表面的材料。Ｇｖｎｈ等利用酸化处理得到粗糙的ＰＭＳｉｃｙｅＤ物质表面，再将其与全氟分子膜结合，构造出超疏水
氟丙烯聚合层进行表面修饰，研究表明，具有最大纵横比的表面，其疏水性最好，可以达到１０。７。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７０６；辽宁省５９５３）高校重点实验室项目（０８０９．２０Ｓ２）
收稿日期：２１０２００— ７— ６
面上的表面张力。此时３种表面张力相互作用处于平
衡状态，得到本征接触角。对实际表面而言，必
２１０１年第１期
李
杰等：超疏水表面制备技术的研究进展
１９０
板，从而使沉积形成的ＰＦＴＥ表面具有典型的荷叶乳

超疏水表面涂层进展

收稿日期： 2012 － 08 － 04 基金项目：国家自然科学基金项目（ 21076092）作者简介：蔡锡松（ 1986 －），男，硕士生；肖新颜（ 1964 －），男，博士，教授，主要从事高性能聚合物乳液及新型涂层材料研究，通讯联系人，020 －
87112074，cexyxiao@ scut． edu． cn。
Jan． 2013 ·22·
技术进展
现代化工 Modern Chemical Industry
第 33 卷第 1 期 2013 年 1 月
超疏水表面涂层研究进展
蔡锡松，肖新颜* ( 华南理工大学化学与化工学院，广东广州 510640)
摘要：超疏水表面具有自清洁、非湿润等特性，在涂饰、防水和生物医药材料等许多领域中用途广泛。从超疏水表面的制备
方法和相关的理论分析方面综述了超疏水表面的研究新进展，指出超疏水表面涂层研究中存在的问题，并对超疏水表面研究的
未来的发展进行了展望。
关键词：超疏水；低表面能；接触角；微细结构
中图分类号： O647
文献标志码： A
文章编号： 0253 － 4320（ 2013） 01 － 0rhydrophobic surfaces coatings
CAI Xi-song，XIAO Xin-yan*
（ School of Chemistry and Chemical Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）
Abstract： Superhydrophobic surface have potential application in many fields，such as coatings，waterproof and biomedical materials，because of their self-cleaning and non-wetting properties． And the abundant researches have been reported in last decade on their preparation methods． The new development of superhydrophobic surface is summarized from both experimental and theoretical aspects． Some problems in superhydrophobic coatings research are pointed out． The development direction of the superhydrophobic surface has been proposed in the end．

超疏水表面制备的研究进展

面粗糙度和用低表面自由能物质修饰表明而成。文章简单的介绍了疏水表面的基础理论和最新研究进展。虽然超疏水
表面在实际应用中还有一定的限制，但这些困难都将慢慢被克服，最后超疏水表面将应用在各种不同的工业领域。【关键词】水表面；原理；接触角；润湿性超疏
触角０。０的大小通常可以衡量该固体表面的浸润性。当＜９。，称之为亲水材料，当９。，称之为疏水材料。固０时０时
体表面的这种浸润性是固体表面的重要性质之一，它是由表
能，其接触角也不超过１０Ｉ２ｏ。目前，制备超疏水固体表面粗
Ｋｅｙｗｏｒ：ｓｐｅｈｙｒｐｂｉｕｒａｅ；ｔｏｉ；ｃｎｔｃｔｎｇｌｗｅｔｂｉｉｙｄｓｕｒｄＯｈＯｃｓｆｃｈｅｒｅｓｏａａｅ；ｔａｌｔ
当一滴水放置在固体水平表面上，水滴会自然铺展或者铺展到一定的角度而达到平衡，这个平衡角度是由固一液、液
ｅｔｕｉｓｉｔｄｎｒｃｎｅｒ．ｈｓｕｆｃｓｗｈｃｒａｌｄｓｐｒｈｄｏｈｂｃａｅｆｂｉａｅｙｃｍｂｎｎｐｒｐｉｔｕｆｃｎｈｓａｔｃｓｕｙｉｅｅｔａｓＴｅｅｓｒａｅ，ｉｈａｅｃｌｕｅ — ｙｒｐｏｉ，ｒａｒｔｄｂｏｉｉｇａｐｏｒｅｓｒａｅｙｅｃａｒｕｈｅｓｗｉｕｆｃｓｏｗｕｆｃｎｒｙｏｇｎｓｔｓｒａｅｆｌｓｒａｅｅｅｇ．Ｈｅｅｔｅｆｄｍｅｔｌｈｏｉｓｏｈｔｂｌｙｏｙｒｐｏｉｏｇｏｉｕｆｃ，ｈｏｒｈｕｎａｎａｅｒｎｔｅｗｅｔｉｔｆａｈｄｏｈｂｃｒｕｈｓｌｓｒａｅｔｅａｉｄｔｇｔｅｔｅｅｔｗｏｋｎｔｅｐｏｅｓｎｎｒｐｒｅｆｓｐｒｈｄｏｈｂｃｓｒａｅｒｒｆｅｉｗｅ．ｈｕｈｔｅｐａｔａｏｅｈｒｗｉｒｃｎｒｓｏｈｒｃｓｉｇａｄｐｏｅｔｓｏｕｅ＿ｙｒｐｏｉｕｆｃｓｗｅｅｂｉｌｒｖｅｄＴｏｇｈｒｃｉｌｈｉｅｙｃａｐｉａｉｎｏｅｅｓｒａｅｔｌｌｔｄｔｅｏｓａｌｓｏａｐｉａｉｎａｅｇａｕｌｅｎｕｍｏｎｅ，ｒｖｄｎｒａｐｏｔｎｔｏｐｌｔｆｈｓｕｆｃｓｉｓｉｍｉ，ｈｂｔｃｅｐｌｔｒｒｄａｌｂｉｇｓｒｕｔｄｐｏｉｉｇａｇｅｔｐｒｉｆｒｃｏｔｓｌｉｅｔｃｏｙｏｕｙｔｅｄｖｌｐｎｆａｉｕｄｓｒｌｅｄ．ｈｅｅｏｍｅｔｖｒｏｓｉｕｔｉｌｓｏｎａｆｉ

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面减阻特性的研究进展李小磊;张会臣【摘要】超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景.介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型.介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2016(041)010【总页数】7页(P116-122)【关键词】超疏水表面;减阻;表面润湿性;微结构;流场【作者】李小磊;张会臣【作者单位】大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026;大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TH117.1近年来，具有防污自清洁、防水防潮、抗结冰、流体减阻、表面防护等特性的超疏水表面在工业生产和人们日常生活的诸多领域显示出诱人的应用前景[1-2]。

例如，具有自清洁功能的汽车玻璃和玻璃外墙，能够有效防止冰雪覆盖的输电线路，能够降低航行阻力的潜艇表面等，特别是在微流动系统中，超疏水表面能够改变液体流动的状态，对微流体系统实现特定的功能尤为重要。

因此，超疏水表面减阻特性的研究引起研究者的广泛关注。

对具有微结构的表面进行疏水化处理，液体在超疏水表面上流动时产生壁面滑移，壁面滑移减小了层流和湍流流动中的阻力。

随着微流体系统中微通道尺寸的减小，界面阻力增大，因此具有减阻功能的超疏水表面是微流体系统开发的关键。

本文作者从超疏水表面的制备、滑移理论、减阻机制等方面作了详细的综述和总结，旨在为超疏水表面在微尺度下的应用提供参考。

人类对超疏水表面的认识最早是从自然界开始的，其中广为人知的例子就是荷叶，首先发现荷叶表面不沾水这一特殊现象的是德国波恩大学的生物学家NEINHUIS 和BARTHLOTT[3]，称这种现象为“荷叶效应”。

超疏水表面抗结冰性能研究进展

结冰和结霜的机理
3、当过冷水中出现尺寸大于临界冰核（成核阶段）的冰粒时，才开始结冰。
2、随着表面温度的降低，0°C以下的水变成过冷水。当水温降低到冰点时，水分子的排列更为规整即产生了无数超微冰晶。
4、在过冷水中冰核长大（核长大阶段），最终成为宏观状态下的冰，与结冰不同，霜是水蒸气直接凝华作用（与升华过程相反）形成的固体冰粒（或先冷凝形成液态水再凝固形成固体冰粒）
超疏水表面上的微纳米粗糙结构通常比较脆弱，容易因加工和使用过程中的冲击、摩擦等机械作用而损坏，从而失去超疏水性。为此Yuanyi Wang等研究了在一定的温度和湿度下液滴从不同高度滴落在超疏水表面上的表现。结果如图：
超疏水铝表面的结冰量随滴水高度的变化图表面的微纳米结构
环境因素的影响
液滴下落高度的影响
2011年Long Yin等利用纯净的铝棒在HCl（37%质量分数，40mL），和HF （40%质量分数，2.5mL），混合溶液中浸泡20s，用去离子水洗净干燥处理后分别涂覆表面能的有机涂层PFO、PA和RTV，然后测的其表面的接触角均在160°左右，滚动角均小于5°，符合超疏水表面的定义，其测量结果如下：
分析认为荷叶表面和仿荷叶超疏水表面由于凝结的水汽浸入其微米结构中发生了Cassie状态向Wenzel 状态的转换，从而使其接触角下降。这些研究有助于理解表面结构和环境因素的协同效应对排水性的影响，同时也说明仿荷叶超疏水表面并不适合应用于抗凝露，因此需要从自然界中寻找新的灵感来设计抗凝露性能的超疏水表面，在设计超疏水表面时，要考虑其在实际应用中的可行性，要求其不仅要有合适的结构而且要有环境适应能力。
表面超疏水研究的一个重要应用，就是抗结冰，即延迟、降低甚至完全阻止湿雪、冰、霜在固体表面堆积，大量研究证明，表面超疏水化能降低冰的粘附强度、延迟冰的增长。

超亲水-水下超疏油表面的研究进展

缺点。
近年来，关于超亲水－水下超疏油表面的研究有很多。目
前，关于该表面的制备方法主要以下几种。
１溶液浸泡法
张容容［５］通过将铜网在ＮａＯＨ和Ｋ２Ｓ２Ｏ８的混合溶液中进
行浸泡，铜网表面因反应生成Ｃｕ（ＯＨ）２而呈树枝状微纳米粗
糙结构。研究表明，水滴在该表面的接触角为０°，而油滴在水
中的接触角为１５９°，使铜网具备空气中的超亲水和水中超疏油
的特性。该铜网对不同种类的油水混合液的分离效率都在
９０％以上，经过简单清洗后，铜网可以重复使用。用海水浸泡若
干天后，铜网仍具有很好的油水分离效果。
招嘉斯［６］先用黏着力好的多巴胺对不锈钢丝网进行处理，
鲁士蓝，然后通过层层自组装Ｆｅ３＋－羧甲基纤维素钠水凝胶对
表面进行改性，制得超亲水－水下超疏油性的Ｆｅ３＋－羧甲基纤维
素钠－类普鲁士蓝－Ｎｉ的复合网膜。研究表明，该网膜在水下与
油的接触角为１５６°，对各种油水混合物的分离效率均高于
９９．０％，具有水通量、穿透压力高，在水下对油的粘附力小，耐酸
材料。
山东化工
ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ２０２１年第５０卷
· ５０·
钢丝网表面，制得超亲水－水下超疏油性的不锈钢丝网。研究
发现，不锈钢丝网的最佳规格为３５０目，以此制备的网膜在空
气中与水的接触角为０°，在水下与油的接触角为１５９°。该网膜
该表面可以作为一种新的分离手段，简单、有效地分离油和水的混合物。本文将对超亲水－水下超疏油表面的研究进展作一介绍。

纺织品超疏水表面研究进展

Ｏ前言
润湿性是固体表面的重要特征之一，固体表面的化学组由成和微观几何结构共同决定。众所周知，固体表面自由能越大，越容易被一些液体所润湿，反之则不易被润湿。因此，寻求和制备低表面自由能的表面是实现超疏水的前提条件。但在光滑表面上，采用化学方法，仅如采用低表面能物质氟硅烷
ＷｅｚｌｏｕｈｓｒｃｏｅｎａｓｅＢｘｅｏｐｅｏｎａｔｉｅ．ＴｅｐｅａａｉｅｈｄａｄｔｅｎｗｅｅｏｍｅｔｏｎｅｇｕａｅｍｄｌｄＣｓｉ— ａｔｒｃｍｌｘｃｔｃｄａｈｒｐｔｒｆａｒｏｎｍｔｏｎｈｅｄｖｌｐｎｆ
Ｌｈｎ。ＡｎｊＺｎ１ｕＪｉ
（ｏｅｅｏｈｍｉｏａｄＣｅｉｌｎｉｅｒｇｏｇｕｎｖｒｔ，ｈｎｈｉ０６０，ｈｎ）ＣｌｇＣｅｓ ‘ ｎｈｍｃｇｎｅｎ。ＤｎｈａＵｉｓｙＳａｇａ１２ＣｉｌｆｔａＥｉｅｉ２ａ
（Ａ）ＦＳ等来降低表面自由能，其接触角最多达到１０。若要２
达到更高的接触角，必须对材料的表面微细结构进行设计。就早在１３９６年，有人开始研究超疏水表面的基础理论，就并有所发展。到２纪９Ｏ世Ｏ年代，随着科技的发展，尤其是表面
关键词：染整；疏水性表面；润湿性；溶胶；凝胶；织品纺中图分类号：Ｓ９．Ｔ１０６文献标识码：Ａ文章编号：００— ０７２０）４～０８５１０４１（０６２０４ —０

超疏水涂层在防腐阻垢领域研究进展

2023年6月刘战剑等：超疏水涂层在防腐阻垢领域研究进展方向接近晶核，最终形成黏附力较强的方解石。

而超疏水表面所具有的纳微结构对结晶的生长产生了空间限制，使晶体的生长方向受限，更容易形成针状的文石或者不标准的方解石，极大降低了结垢的黏附力，使其更容易从接触面脱落。

此外，Liu 等[33]研究发现裸铝基体覆盖有经典的菱形方解石晶体，如图5(a)、(b)所示；而超疏水表面上则生长了形状不规则、体积较小的文石，如图5(c)、5(d)。

与方解石相比，文石的附着性较弱，在流体环境中极易从金属基体表面脱落。

因此，超疏水表面纳微粗糙结构形成的“空间限制作用”是实现表面优异阻垢性能的关键因素。

2 超疏水涂层在防腐及阻垢领域的研究进展受自然界特殊浸润性表面的启发，超疏水涂层作为防腐阻垢的新技术逐渐引起了广大研究人员的注意，随着研究的不断深入，人们制备了不同类型的具有优异防腐阻垢性能的超疏水涂层。

本小节将简要地介绍近年来超疏水涂层在防腐、阻垢两个领域的研究进展。

2.1 防腐领域研究进展金属腐蚀会造成装备失效、作业效率降低、资源浪费、经济损失、环境污染等问题，严重时甚至会威胁工作人员的人身安全[34]。

目前比较常用的金属防腐手段主要包括：添加缓蚀剂、电化学保护、涂层保护[35-37]等方法。

但由于腐蚀环境复杂多变，工业生产及生活中对金属材料的防腐性能需求越来越高，普通的防腐手段已经无法满足当前的需求。

在金属基体上制备人工超疏水表面为解决金属材料腐蚀问题提供了一种新型高效的技术办法[38-41]，目前超疏水防腐涂层根据其使用的材料主要分为无机超疏水涂层、有机超疏水涂层、有机/无机杂化超疏水涂层三大类。

2.1.1 无机超疏水防腐涂层通过激光刻蚀[42]、电化学沉积[43]、水热法[44]等方法可以在金属基体表面直接构建特殊的纳微结构，随后通过低表面能修饰，从而使金属表面具备超疏水的特性，以达到防腐的目的。

例如，Chu 等[45]通过简单的水热法制备了一种由CeO 2和硬脂酸铈[Ce(CH 3(CH 2)16COO)3]组成的超疏水涂层。

具备超疏水性的新型涂层材料的研究

具备超疏水性的新型涂层材料的研究现代科技的发展给我们带来了很多的惊喜和便利，从智能手机到高速列车，从航空飞机到高楼大厦，无不渗透着科学技术的力量。

然而，在我们研究和创造的过程中，我们还远未触及科技的极限。

这篇文章将讨论一个与日常生活息息相关的材料研究领域——具备超疏水性的新型涂层材料。

超疏水性，即水滴在其表面上无法附着，犹如小球般滚落，这是许多人熟知的现象。

换句话说，这种涂层具备了自清洁的能力。

在日常生活中，我们经常为不小心洒出的咖啡或红酒而感到烦恼。

如果我们的桌子、衣物或沙发涂有这种超疏水性的涂层，这些担心和烦恼将成为过去。

目前，已知的具备超疏水性的涂层主要包括两类：疏水涂层和超疏水涂层。

疏水涂层使水滴在其表面上有一定的接触角，但水滴仍然能够附着在其表面上。

而超疏水涂层则使水滴在其表面上形成非常高的接触角，达到几乎无法附着的程度。

近年来，科学家们在超疏水涂层方面取得了一系列的突破，并且开发出了一些实用的超疏水涂层材料。

首先，让我们来了解超疏水涂层的原理。

超疏水涂层的疏水性是通过表面微纳米结构的设计实现的。

这些微纳米结构使得表面非常光滑，并且具有很小的接触面积。

水滴在这样的表面上接触的点几乎可以忽略不计，因此，水滴无法在其上附着。

戴森富兰克尔法则告诉我们，当一滴液体滚动在超疏水表面时，它会携带走表面上的污垢和颗粒，实现了自我清洁的效果。

目前，常见的超疏水涂层材料主要包括氧化铝、氟碳聚合物和硅基材料等。

这些材料不仅具备超疏水性，还具有优异的耐热、耐化学腐蚀和耐磨损等性能。

例如，氟碳聚合物可以在高温下保持超疏水性，氧化铝具有良好的化学稳定性，而硅基材料具有优秀的耐磨性。

这些材料的特性在工业、医疗和日常生活中都有广泛的应用前景。

超疏水涂层材料的研究不仅仅停留在实验室阶段，许多科技公司已经将其应用于产品的开发中。

例如，有些手机厂商将超疏水涂层应用于手机屏幕上，使其具备了防水的功能。

此外，一些服装品牌也将超疏水涂层应用于衣物中，使其具备了防水和防油的特性。

超疏水表面研究进展

随着当前社会的不断发展和科技的快速进步，高效、节能、绿色环保等概念深入人心，具有自我清洁本领的超疏水表面越来越成为当前热门研究方向之一。

超疏水表面的研究起源于植物学家Barthlott 和Neihuis ［1］对植物叶子的研究，首次发现引起植物表面自清洁效果的是植物叶片上的微米级乳突和蜡质晶体，如图1所示。

江雷［2］认为引起超疏水效果的另一重要原因是乳突和蜡质晶体表面存在纳米级结构。

一般来说，“荷叶效应”指的是荷叶具备叶面自清洁的能力，即滴在荷叶表面的雨滴无法在荷叶表面停留而会立即滚落下去，附着在荷叶表面的污染物会随着雨滴的滚落而被带走，留下洁净的荷叶表面。

此外，水稻叶子［3］、蝴蝶翅膀［4］、水黾的腿［5，6］、蝉的翅膀［7］等也具有疏水的本领。

疏水性能的强弱通常使用接触角来表示，接触角大于150°和滚动角小于10°的固体表面，可以被认为超疏水表面［3，8］。

超疏水表面有诸多应用领域，如表面自清洁［9］、金属防腐［10］、油水分离［11］、防结冰［12］和流体减阻［13］等。

本文介绍了制备超疏水表面的基本方法、含氟和无氟超疏水表面的研究进展，并根据当前超疏水表面的特点对未来新材料进行了展望。

1制备疏水表面的基本方法材料的表面能和表面粗糙度对接触角具有重要的影响［14］，一般需要在低表面能表面构建粗糙结构或在粗糙表面上修饰低表面能物质来制备疏水及超疏水表面［2］。

1.1降低材料表面能许多优秀的材料原为亲水性，其表面能较高，如SiO 2［15］、TiO 2［16］等材料，需要对其进行低表面能化处理才能变为疏水材料。

Hare 等人［17］的研究表明，当氟元素被氢元素取代后，其表面自由能是增加的，即碳氟化合物和碳氢化合物表面能的排列顺序为-CH 2->-CH 3>-CF 2->-CF 2H>-CF 3，这说明含氟或全氟化合物拥有极低的表面能。

一般可以将高表面能的固体表面浸泡在低表面能化合物的溶液中来降低固体表面能，如Liu 等摘要超疏水表面由于其独特的润湿性，在自清洁等领域具有非常重要的作用。

耐久超疏水表面的研究进展

第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·23·耐久超疏水表面的研究进展徐文婷，傅平安，欧军飞*（江苏理工学院材料工程学院，江苏常州 213001）摘要：超疏水表面在油水分离、腐蚀防护、防水抗冰等领域具有广泛的研究和应用价值。

然而，其实际应用并未达到预期的广泛程度，主要制约因素在于表面的耐久性不足。

超疏水表面的失效主要体现在两个方面：一方面，由于表面粗糙结构在承受机械载荷时容易遭受高局部压力而受损；另一方面，由于低表面能分子在高温、光照和强氧化剂等刺激下容易发生分解失效。

为了解决上述问题，从耐久型超疏水表面的特点入手，提出了提高超疏水表面耐久性的典型策略。

这些策略包括：（1）构建弹性基底，这可以将微结构上的载荷转移至基体，减少微结构受损的可能性；（2）微结构保护，这种方法通过构筑刚性的护盾，保护了更低尺度的纳米结构免于受损；（3）胶黏+涂装，该策略是通过中间层连接，强化基体与表面微纳结构的结合力；（4）利用低表面能物质的自修复能力，这种方法可以在表面受损后通过自我修复特性恢复其超疏水性；（5）微结构的重建，可以在表面粗糙结构遭破坏后，使其恢复原貌。

最后，对耐久超疏水表面的发展提出了前瞻性的展望，提出了耐久超疏水表面绿色可持续发展的新方向。

关键词：鲁棒性；仿生表面；自修复；铠甲表面中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0023-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.002Research Progress on Durable Superhydrophobic SurfacesXU Wen-ting, FU Ping-an, OU Jun-fei(School of Materials Engineering, Jiangsu University of Technology, Jiangsu Changzhou 213001, china)ABSTRACT: Superhydrophobic surfaces have emerged as an exciting area of research with immense potential in various fields.These surfaces, when designed correctly, can repel water to an extraordinary extent and find applications in oil-water separation, corrosion protection, waterproofing, and anti-icing. However, their practical application has been hindered by a lack of durability. The failure of superhydrophobic surfaces can be attributed to two main factors. Firstly, the rough surface structure is susceptible to damage under high local pressure when subjected to mechanical loads. The microstructure, which is the physical foundation of the superhydrophobicity, can be easily crushed or deformed under stress. Secondly, the low surface energy molecules, which are the chemical basis of the superhydrophobicity, tend to decompose and deteriorate when exposed to stimuli such as high temperature, light, and strong oxidants. As a result, the surface's superhydrophobicity diminishes over time.To address these challenges and enhance the durability of superhydrophobic surfaces, several strategies have been proposed. (1) The first strategy involves the construction of elastic substrates. By using elastic materials as substrates, the load on the microstructure can be transferred to the matrix, reducing the likelihood of damage. This approach ensures that the收稿日期：2023-09-28；修订日期：2023-11-07Received：2023-09-28；Revised：2023-11-07基金项目：江苏省高等学校自然科学研究重大项目（23KJA430006）Fund：The Natural Science Foundation of the Jiangsu Higher Education Institutions of China (23KJA430006)引文格式：徐文婷, 傅平安, 欧军飞. 耐久超疏水表面的研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 23-39.XU Wen-ting, FU Ping-an, OU Jun-fei. Research Progress on Durable Superhydrophobic Surfaces[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 23-39. *通信作者（Corresponding author）·24·表面技术 2023年11月superhydrophobic surface remains intact even under mechanical stress. (2) The second strategy is microstructure protection. A protective shield can be constructed to safeguard the delicate micro/nanostructures from damage. This rigid shield acts as a barrier, shielding the micro/nanostructures from external forces or harsh conditions. Using materials with high mechanical strength and chemical stability prevents the degradation of the micro/nanostructure. (3) The third strategy is utilizing an adhesive+coating. By using an intermediate layer, the adhesion between the substrate and surface micro/nanostructures can be enhanced. This adhesive layer improves the overall durability of the superhydrophobic surface by providing additional support and stability. (4) The fourth strategy involves the use of self-healing materials. Superhydrophobic surfaces can be made from low surface energy materials with self-healing capabilities. These materials can restore their superhydrophobicity even after the surface has been damaged or compromised. This property ensures that the surface can maintain its water-repellent properties over a longer period. (5) The fifth strategy is the reconstruction of microstructures. This approach involves repairing or replacing the damaged microstructures to restore the surface's superhydrophobic properties and performance.Looking ahead, the development of durable superhydrophobic surfaces holds great promise. It offers new opportunities for green and sustainable solutions in various industries. By incorporating the aforementioned strategies, researchers and engineers can create superhydrophobic surfaces that are not only highly efficient but also long-lasting and resilient. These durability enhancement strategies pave the way for the practical implementation of superhydrophobic surfaces in real-world applications, enabling their widespread use and impact. This will contribute to the development of green and sustainable technologies for a wide range of applications.In conclusion, the development of durable superhydrophobic surfaces is crucial for advancing the fields of oil-water separation, corrosion protection, waterproofing, and anti-icing. By addressing the challenges related to surface durability through strategies such as constructing elastic substrates, microstructure protection, adhesive+coating, utilizing self-healing materials, and reconstructing microstructures, the practical application of superhydrophobic surfaces can be significantly enhanced. This will contribute to the development of green and sustainable technologies for a wide range of applications.KEY WORDS: robust; bio-inspred surface; self-healing; armoured surface随着生物进化的不断演进，自然界中许多生物逐渐进化出了具有超疏水性的表面，这些表面具有独特的微观结构和低表面能物质，使得水滴在其表面难以附着[1-5]。

超疏水表面在金属抗腐蚀应用中的研究进展

(a)
(b)
(c)
图 1 液滴在不同固体表面的浸湿现象：(a)Young 氏模型、(b)Wenzel 模型和(c)Cassie-Baxter 模型[15]
Figure 1 Wetting states of droplet on diff model, (b) Wenzel model, and (c) Cassie-Baxter model [15]
2 金属基超疏水表面的制备方法
根据研究自然界动植物疏水特点的理论，制备超疏水表面的思路大体上可以分为两类：一类是在低表面能的材料表面构建微纳米粗糙结构[16]，另一类是在具有微纳米粗糙结构的材料表面用低表面能物质进行修饰[17]。目前，已有较多报道制备金属基超疏水表面的方法，比如水热法[18]、刻蚀法[19]、电化学沉积法[20]、阳极氧化法[21]、模板法[22]、喷涂法[23]等。其中有些方法和技术存在造价昂贵或应用场景受限的弊端，因而不能大规模应用。构建一种简单、快捷、经济有效的超疏水表面就变得非常有必要，而采用微纳米结构的构建和低表面能材料的改性依旧是现阶段制备人工超疏水表面的主要方法。 2. 1 水热法
液接触面积可增大固体表面与水的接触角，故而提高固体表面的疏水效果，该模型对预测液滴在复合基
底表面的接触角较为准确[14]。图 1 所示为 3 种理论模型的示意图[15]，随着固体表面粗糙度因子或疏水性
的增强，液滴变得更有利于搁置在粗糙表面。因此，通过调整固体表面的微观形态或减少固液接触界面
的比例，可以实现水接触角大于 150°的超疏水状态。
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超疏水表面在金属抗腐蚀应用中的研究进展
来说，对于理想中平坦、光滑的固体表面，其接触角可用 Young 氏方程[式(1)]表示。

超疏水表面涂层制备技术的研究进展_王英

1 引言植物叶表面的自清洁效果引起了人们的兴趣，这种自清洁性质以荷叶为代表，因此称为“荷叶效应”。

德国生物学家Barthlott[1]在1997年通过对近300种植物叶的结构进行研究，认为这种自清洁的特征是由粗糙的表面和表面存在的疏水的蜡状物质共同引起的。

中科院研究小组[2]研究发现，在荷叶表面微米结构的乳突上还存在纳米结构，这种微米-纳米相复合的阶层结构是引起超疏水表面的根本原因；并通过试验证明[3]，单纯的微米或纳米结构虽然可以使表面产生超疏水性，但水滴在表面上不易滚动。

通过大量的研究发现，固体表面浸润性由以下2个因素共同决定：①表面化学组成；②表面粗糙度。

超疏水表面可以通过2种方法制得：①利用低表面能材料来构建粗糙结构；②在粗糙表面上修饰低表面能物质。

荷叶表面微观结构能够自清洁的这一发现为人工构筑超疏水表面提供了灵感。

2 超疏水表面制备技术随着人们对超疏水表面的深入研究，许多制备方法不断涌现，目前，已经有多种方法可以人工制备超疏水表面，比如以天然动植物超疏水表面作为模板，用聚合物在其表面固化或用光刻印的方法将模板的表面形貌信息转移到复制物的表；用化学沉积（气相沉积、电化学沉积或逐层沉积）的方法在基材表面形成超疏水薄膜表面；或采用静电纺丝的方法形成纤维状微纳米尺度粗糙表面等等。

2.1 等离子体处理技术利用等离子体对普通材料或含氟的低表面能物质进行表面粗糙化处理来制备超疏水表面的方法称为等离子体法。

Lacroix等[4]通过简单的等离子体聚合与等离子体刻蚀技术在硅基底上制得了粗糙的结构，经过进一步氟化物修饰表面后，表面呈现出超疏水的特性，水滴与表面的接触角接近180°。

Khorasani等[5]在室温环境下利用CO2脉冲激光处理聚二甲基硅氧烷，使其表面产生多孔结构，测得其表面与水的接触角高达175°。

这种技术处理表面是获得粗糙结构的有效方法，其优点是选择性高、快速等，但是存在的局限是成本高并且不利于大面积超疏水表面的制备。