自然界中的疏水现象

理论支持
Wenzel方程认为粗糙表面的固—液界面的真实接触面积大于表观接触面积，且液 体始终能填满粗糙表面上的凹槽，所以粗糙表面的表观接触角θ※与平坦表面的本 征接触角(杨氏接触角) θe有如下关系：
(1)式中r为粗糙因子(等于固—液界面实际接触面积与假想接触面积之比，r≥1)， 由此式可知，对于原本亲水的表面(θe＜90°)，r值越大则θ※越小；原本疏水的表面 (θe＞90°)，r值越大则θ※越大。即表面粗糙化能使亲水的表面更亲水，疏水的表面 更疏水。
浮水原理
空气被有效地吸附在这 些取向的微米刚毛和螺 旋状纳米沟槽的缝隙内。 在其表面形成一层稳定 的气膜，阻碍了水滴的 浸润，宏观上表现出家 黾腿的超疏水特性。
水黾足部电镜图
水滴的表面张力有多大呢？可以这样说，比水滴小的虫子， 是不能冲破表面张力而钻入水滴中去的。但是，如果往水里 加一点中性洗涤剂，就会削弱水的表面张力，这时，走在水 面的水黾足上的毛被沾湿，足冲破了表面张力而穿入水中， 水黾就会沉入水中，当水黾沉下去后，由于表面张力的作用， 水黾就再也浮不上来了。
自然界中的疏水现象
——水黾
轻化172 李泽琨
水黾
水黾是一种在湖水、池塘、水 田和湿地中常见的小型水生昆 虫。水黾科昆虫成虫长8至 20mm，黑褐色，头部为三角 形，稍长。体型小至大型，长 形或椭圆形。 口吻稍长，分 为3节，第2节最长；触角丝状， 4节，突出于头的前方。前胸 延长，背面多为暗色而无光泽， 无鲜明的花斑，前翅革质，无 膜质部。身体腹面覆有一层极 为细密的银白色短毛，外观呈 银白色丝绒状，具有拒水作 用。 其躯干与宽黾蝽科类似。 它们的躯干非常瘦长，躯干上 被极细的毛，这些毛厌水。
根据Wenzel方程和Cassie方程得出的结论
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Fra Baidu bibliotek
Cassie方程认为液滴与粗糙表面的接触为复合接触，在疏水表面上的液滴不能填 满粗糙表面上的凹槽，液体和固体接触面凹槽之间存在气泡，所以当固—液—气 复合接触面达到热力学平衡时，粗糙表面的表观接触角θ※是平坦表面的本征接触 角(杨氏接触角) θe和180°的平均值，既有如下关系：
(2)式中fs为复合接触面中突起固体面积与总接触面积之比(fs＜1)，由此式可知，对 于原本疏水的表面(θe＞90°)，fs越小则θ※越大。即提高空气垫部分所占的比例， 将会增强固体表面的超疏水性能。