超疏水纸表面的形成机理及研究进展
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技术专题 TECH. Special
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功能纸
● 研究开发 ●
超疏水纸表面的形成机理及研究进展
⊙ 朱陆婷1 王锋1 王海松2﹡ (1.齐鲁工业大学造纸与植物资源工程学院，济南 250353；2.大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁大连 116034）
The fabricating mechanism and the research development of superhydrophobic paper surface
□ 基金项目：国家自然科学基金（21206184和31370582）和制浆造纸科学与技术教育部重点实验室（齐 鲁工业大学）开放基金（项目编号：KF201404）。
通讯作 者：王海松，博士，教授，研究方向为生物质能源与材料。E - m a i l:w a n g h s @ d l p u.e d u.c n。
分层 结 构，放 大了荷 叶 表面 表 皮 蜡 膜 的疏 水性，从 而得
到150～160°的接触角和约2°的滑动角[13]。
1.1 Young’s等式[13]
当小 液滴置于一个 理想的固体平面 时，它的形 状
由于引入新的界面——三相接触线而改变（图2）。在这
种 情况下，每 一 个 固 - 液、液 - 气、固 - 气 界 面 画 一 条 接
20 第38卷 Reserved.
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TECH. Special 技术专题
一般来说，超疏水表面的定义为水滴在其表面上须 满 足水接 触 角＞15 0 °、滑 动角＜10 °[1,2]，这 就 意 味 着 水 滴 落 在 超 疏 水 表面上 时几乎成一 个 球 形且易于滚动 [3]。 滑动角指的是水滴开始从基底上移动时基底与水平面的 夹角。当超疏水表面的滑动角＜10°时，表明该表面是自 净 性 表面 [4]。但也 有 文 献 对 超 疏 水 表面的定义只需 满 足 水接 触 角＞15 0 °即 可 [4～6]，因为 存 在 黏 滞 超 疏 水 表面， 即 表面 水接 触 角＞15 0 °而滑 动角 极 大 的 情况 [7～9] 。近 几 十 年，人 工 超 疏 水 表面的 研 究引起了极 大 的 关 注，这 些 表面由于具有自净性、抗蚀性、微流体的滑流、抗生物淤 积、防雪防雾等优势 [10,11]，可以应用在抗 腐蚀、抗反射 的 透明涂 料，需 要 特 殊润 湿性 的 功能 织物，防 雪 防 雾 防 冰的天线、玻璃以及一些微流设备等 。 [11]
1 超疏水表面的形成机理 大自然中有许多天 然的超 疏 水 表面，最为常见的
是荷 叶。图1为 荷 叶 表面 的 高 分 辨 率扫 描 电子显微 镜
（S E M）图像[12]，可以观察到荷叶表面无序分布着5～
10µm的突起，且突起上特有直径为100～200n m毛状
纳 米 结 构。这 些 复合 表面 纹 理包含了微 米、纳 米 范围的
触 线，从 而 最 小 化 相 应 的总 表面自由能。在 无可 变 性 的
固体表面区域 沿 切 线 方向平 衡 这些界面间的 张力，平 衡
关系为Yo u n g’s 等 式：
γSL +γLV c o sθY =γSV
朱陆婷女士，在读硕士研究生； 研究方向为超疏水材料。
中图分类号：TS761.2 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2017)16-0020-09
摘 要：超疏水表面因为具有自净性、抗蚀性、抗生物淤积、防雪防雾等特征，引起了人们的广泛关 注。文章总结了超疏水表面形成的机理和制备超疏水纸所需的关键条件，综述了近年来超疏水纸张 的研究现状，对不同方法制备的超疏水纸张的优缺点进行了归纳和阐述，同时对超疏水纸张的发展 前景及实际应用过程中亟待解决的问题做了简单介绍。 关键词：超疏水表面；超疏水纸；纳米结构
Abstract: The superhydrophobic surface has the character of self-cleaning, anti-corrosion, anti-biofouling, anti-fog and anti-snow, which was paid much attention to. In this paper was summarized the fabricating mechanism of superhydrophobic surfaces and the crucial conditions to fabricate the superhydrophobic paper, reviewed the recent research progress of superhydrophobic paper, clarified the advantages and disadvantages of different way to fabricate superhydrophobic paper, to show the prospect and problems to be solved in practical applications. Key words: superhydrophobic surface; superhydrophobic paper; nanostructure
⊙ ZHU Lu-ting1, WANG Feng1, WANG Hai-song2﹡ (1.Key Laboratory of Pulp & Paper Science and Technology, Qilu University of Technology, Jinan 250353, China; 2.College of Light Industry and Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116034, Liaoning, China)
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超疏水纸表面的形成机理及研究进展
⊙ 朱陆婷1 王锋1 王海松2﹡ (1.齐鲁工业大学造纸与植物资源工程学院，济南 250353；2.大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁大连 116034）
The fabricating mechanism and the research development of superhydrophobic paper surface
□ 基金项目：国家自然科学基金（21206184和31370582）和制浆造纸科学与技术教育部重点实验室（齐 鲁工业大学）开放基金（项目编号：KF201404）。
通讯作 者：王海松，博士，教授，研究方向为生物质能源与材料。E - m a i l:w a n g h s @ d l p u.e d u.c n。
分层 结 构，放 大了荷 叶 表面 表 皮 蜡 膜 的疏 水性，从 而得
到150～160°的接触角和约2°的滑动角[13]。
1.1 Young’s等式[13]
当小 液滴置于一个 理想的固体平面 时，它的形 状
由于引入新的界面——三相接触线而改变（图2）。在这
种 情况下，每 一 个 固 - 液、液 - 气、固 - 气 界 面 画 一 条 接
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一般来说，超疏水表面的定义为水滴在其表面上须 满 足水接 触 角＞15 0 °、滑 动角＜10 °[1,2]，这 就 意 味 着 水 滴 落 在 超 疏 水 表面上 时几乎成一 个 球 形且易于滚动 [3]。 滑动角指的是水滴开始从基底上移动时基底与水平面的 夹角。当超疏水表面的滑动角＜10°时，表明该表面是自 净 性 表面 [4]。但也 有 文 献 对 超 疏 水 表面的定义只需 满 足 水接 触 角＞15 0 °即 可 [4～6]，因为 存 在 黏 滞 超 疏 水 表面， 即 表面 水接 触 角＞15 0 °而滑 动角 极 大 的 情况 [7～9] 。近 几 十 年，人 工 超 疏 水 表面的 研 究引起了极 大 的 关 注，这 些 表面由于具有自净性、抗蚀性、微流体的滑流、抗生物淤 积、防雪防雾等优势 [10,11]，可以应用在抗 腐蚀、抗反射 的 透明涂 料，需 要 特 殊润 湿性 的 功能 织物，防 雪 防 雾 防 冰的天线、玻璃以及一些微流设备等 。 [11]
1 超疏水表面的形成机理 大自然中有许多天 然的超 疏 水 表面，最为常见的
是荷 叶。图1为 荷 叶 表面 的 高 分 辨 率扫 描 电子显微 镜
（S E M）图像[12]，可以观察到荷叶表面无序分布着5～
10µm的突起，且突起上特有直径为100～200n m毛状
纳 米 结 构。这 些 复合 表面 纹 理包含了微 米、纳 米 范围的
触 线，从 而 最 小 化 相 应 的总 表面自由能。在 无可 变 性 的
固体表面区域 沿 切 线 方向平 衡 这些界面间的 张力，平 衡
关系为Yo u n g’s 等 式：
γSL +γLV c o sθY =γSV
朱陆婷女士，在读硕士研究生； 研究方向为超疏水材料。
中图分类号：TS761.2 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2017)16-0020-09
摘 要：超疏水表面因为具有自净性、抗蚀性、抗生物淤积、防雪防雾等特征，引起了人们的广泛关 注。文章总结了超疏水表面形成的机理和制备超疏水纸所需的关键条件，综述了近年来超疏水纸张 的研究现状，对不同方法制备的超疏水纸张的优缺点进行了归纳和阐述，同时对超疏水纸张的发展 前景及实际应用过程中亟待解决的问题做了简单介绍。 关键词：超疏水表面；超疏水纸；纳米结构
Abstract: The superhydrophobic surface has the character of self-cleaning, anti-corrosion, anti-biofouling, anti-fog and anti-snow, which was paid much attention to. In this paper was summarized the fabricating mechanism of superhydrophobic surfaces and the crucial conditions to fabricate the superhydrophobic paper, reviewed the recent research progress of superhydrophobic paper, clarified the advantages and disadvantages of different way to fabricate superhydrophobic paper, to show the prospect and problems to be solved in practical applications. Key words: superhydrophobic surface; superhydrophobic paper; nanostructure
⊙ ZHU Lu-ting1, WANG Feng1, WANG Hai-song2﹡ (1.Key Laboratory of Pulp & Paper Science and Technology, Qilu University of Technology, Jinan 250353, China; 2.College of Light Industry and Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116034, Liaoning, China)