改性第三章从自然到仿生的疏水超疏水界面材料6学时PPT课件

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超疏水表面的研究进展幻灯片PPT

❖ 模板法 ❖ 刻蚀法〔射频等离子体、激光〕：2005年ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱim等使用辉光放电射频等离子体技
术, 静态接触角达170° ，外表的平均粗糙度只有10nm, 这是文献报道的外表构造尺寸最小的超疏水外表〔快速、选择性高、昂贵、不适用大面积〕 ❖ 层层自组装法〔根据聚合物分子的极性不同,通过静电交互作用和氢键键合, 在物质外表形成化学构造可控、厚度为分子量级的薄膜〕 ❖ 电纺丝技术 ❖ 化学气相沉积 ❖ 机械拉伸 ❖ 聚合物溶液成膜 ❖ 直接成膜
超疏水外表的研究进展幻灯片PPT
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超疏水外表
❖ 固体外表的润湿性主要由外表化学组成和外表微观构造共同决定
❖ 超疏水是指固体外表表观接触角超过150°的一种特殊外表现象
超疏水外表的构建方法
在外表粗糙构造上修饰低外表能疏水物质在低外表能疏水材料上构建微观粗糙构造
粗糙度：静态接触角，接触角滞后
❖ 溶胶－凝胶法〔利用含有高化学活性组分的化合物作前驱体进展水解, 得到溶胶后使其发生缩合反响, 在溶液中形成稳定的凝胶, 最后枯燥凝胶〕
超疏水行为调控
❖ 机械振动〔李文等提示了振动可能改变触角滞后和引起复合接触与非复合接触的转换〕
❖ 压强〔接触角滞后的变化、复合接触与非复合接触的转变〕
❖ 光〔氧化锌外表能变化〕 ❖ 温度 ❖ 电压
❖ 外界作用的本质在于为液滴提供了抑制润湿系统自由能垒的附加能, 可以减小液滴的滞后性, 使液滴较易滚动
❖ 如果外界提供的附加能到达一临界值, 液滴就会抑制更大的能垒由复合接触转变为非复合接触, 导致液滴滚动困难, 反倒不利于超疏水性

超疏水纳米二氧化硅涂层(共13张PPT)

至滚出叶面这就是荷叶自洁效应。
第5页，共13页。
人工仿造荷叶效应
几何粗糙表面
低表面能材料
＆
第6页，共13页。
纳米二氧化硅的表面改性
纳米二氧化硅的表面改性
超疏水（疏水）涂层应用
（二月桂酸二丁基锡:DBTDL）不同 SiO2 与 TEOS-PDMS 质量比下杂化涂层的
SEM用照巯片基和接硅触烷角。，乙烯基硅烷
接触角大于90度称为疏水性，大于150度称为超疏水性，10μL水滴
第9页，共13页。
表面微观结构
纳米涂层原子力显微镜照片
第10页，共13页。
完成后的涂层
基材
布料
纸巾
第11页，共13页。
木材
关于涂层疏水性的拓展：双疏涂层
通过改变涂层配方以及二氧化硅表面的不同改性，涂层的性能得到改变：疏油、疏水疏油甚至可以抵抗一些有机溶剂
第12页，共13页。
实践案例
第13页，共13页。
第2页，共13页。
目录
CONTENTS
1
特种涂层应用
2
工业添加剂应用
3
防火材料应用
4
胶结剂应用
5
建材防腐蚀应用
第3页，共13页。
1
超疏水（疏水）涂层应用
第4页，共13页。
荷叶自洁效应
荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在超高分辨率显微镜下可以清晰地看到些结构上长满绒毛。因此在凹陷部份中充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。空气层使得在尺寸上远大于这种超微结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，只能与叶面上凸起结构的凸顶形成点接触。同时液体在自身的表面张力作用下收缩形成球状。在重力作用下，液球会发生滚动并沿途吸附灰尘直

从自然到仿生的疏水超疏水界面材料

从自然到仿生的疏水超疏水界面材料自然界中存在着许多疏水性极强的物体，比如荷叶、莲花等，它们在接触水的时候会形成水珠，水滴很难在它们表面停留，这种现象被称为“莲叶效应”。

在过去的几十年里，科学家们借鉴了自然界的疏水性特点，研发出了各种仿生的疏水超疏水界面材料，具有广泛的应用前景。

一种常见的仿生疏水超疏水界面材料是由微纳米结构构建而成的，这些微纳米结构可以增加物体表面的粗糙度，从而增大表面与水接触时的接触角，使水珠在物体表面形成较大的接触角，从而实现疏水性。

其中，仿生疏水材料的关键是构建具有微纳米级结构的表面，以实现水珠的快速排泄。

在这方面，研究者们借鉴了自然界中一些具有疏水性的生物材料，比如蜡叶、蜘蛛网等，利用其微纳米结构的特点，研发出了许多具有高疏水性能的仿生疏水超疏水界面材料。

除了微纳米结构，疏水超疏水界面材料还可以包含一些特殊的化学成分，以增强其疏水性能。

例如，研究人员发现一种叫做疏水氟烷的化合物能够在界面上形成稳定的凝胶层，从而实现超疏水性。

将疏水氟烷与微纳米结构相结合，不仅可以在物体表面形成稳定的超疏水层，还可以增强物体表面的抗污染性能。

疏水超疏水界面材料具有广泛的应用前景。

例如，它们可以应用在船舶、飞机等交通工具的表面上，减少水的阻力从而提高运动效率。

此外，它们还可以应用在建筑物的外墙、玻璃窗等表面，减少污染物的沾附，保持干净。

在医学领域，疏水超疏水材料被应用在人体假体表面，以防止细菌和其他微生物的滋生，从而减少感染风险。

除此之外，疏水超疏水界面材料还可以用于水处理和油水分离等领域。

综上所述，自然界中的疏水性物体为科学家们研发疏水超疏水界面材料提供了重要的参考。

通过构建微纳米结构和引入特殊的化学成分，研究人员已取得了一些令人瞩目的成果。

这些疏水超疏水界面材料在交通工具、建筑、医学等领域具有广泛的应用前景，为未来的科技发展带来了新的机遇。

超疏水材料介绍

一种常见的生活在池塘河流和溪水表面的昆虫水黾为何能够毫不费力地站在水面上并能快速地移动和跳跃蝴蝶翅膀表面图21溶胶凝胶法目前制备多孔材料和有机无机杂化材料常用的方法它是将烷氧基金属驱物在一定条件下水解缩合成溶胶然后经溶剂挥发或热分解使溶胶转化为网状结构的氧化物凝胶
自然界中的超疏水现象
特殊浸润性界面材料 —— 超疏水材料介绍
1.2 影响表面浸润性的因素
影响因素
表面微细结构：Wenzel模型和Cassie模型表面自由能：化学结构、组成
1.2.1 表面微细结构的影响
(1) Wenzel模型
现象：特殊的表面微细结构能够增加疏水表面的接触角，减小亲水表面的接触角。
Wenzel理论：粗糙表面的存在使得实际上的固液接触面积要大于表观几何上观察到的面积，于是增加了疏水性或者亲水性。
铜-铁酸盐薄膜随晶体生长时间的SEM图
2.2 模板法模板法制备超疏水性涂层具有操作简单、重复性好、纳米线径比可控等优点。
荷叶表面
应用1：南京工大自然科学基金项目做的类荷叶表面疏水结构的SEM图片
PS阴模SEM图
PVA阴模SEM图
PDMS表面图
应用2：Shang等用聚碳酸酯微孔膜做模板，放在由正硅酸乙酯及甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)配置好的溶胶上，待溶剂蒸发，经500°热处理去除模板，得到均一竖直排列纳米棒状表面。如下图：
若θ﹤90°，则θ’﹤θ，则亲水性随粗糙度的增加而增加；若θ﹥90°，则θ’﹥θ，则疏水性随粗糙度的增加而增加。
两个基本前提： ①基底的表面粗糙度与液滴的大小相比可以忽略不计； ②基底表面的几何形状不影响其表面积的大小。 ③适用于中等亲水或者疏水表面。
(2)Cassie模型----气垫模型

超疏水材料.

超疏水高分子材料
目录
01 超疏水高分子材料的综述
02 超疏水材料的制备
03
超疏水材料的应用
04
研究展望
超疏水高分子材料的综述
超疏水的概念
表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述。超疏水表面是指与水的接触角大于150°，而滚动角小于10°的表面。接触角通常是用接触角测定仪来获得。

超疏水表面的制备
制备原理
一种是在粗糙表面修饰低表面能物质

一种是将疏水材料构筑粗糙表面
超疏水表面（材料）制备方法
1、模板法
模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经得到了广泛应用。进入21世纪，复制模塑技术也深入到超疏水表面的制备研究中，尤其是在仿生超疏水表面的复制中有着独特的优势。步骤： 1、复制模塑法是指先用一种预聚物A（一般为PDMS，有时也可采用溶液）复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微结构； 2、固化A并从荷叶表面剥离，得到负型结构的软膜板B，然后以此软膜板为图形转移元件，将其表面的负型结构转移到其他材料C表面，经过2次复制最终得到与荷叶表面特征相似的仿荷叶微结构。

Cassie模型：气垫模型（由空气和固体组成的固体界面）
超疏水表面的形成原因
固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定：化学组成结构是内因：低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果，研究表明，光滑固体表面接触角最大为120°左右。表面几何结构有重要影响：具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表面的疏（亲）水性能

液面张力

由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论

超疏水材料发展趋势

.
江雷研究小组采用化学气相沉积法构建了表面具有纳米
亚微米的双微观结构的Zn0薄膜，测得这种薄膜的静态接触角可高达164.3°， Zn0薄膜具有如此优良的疏水性能更进一步印证了纳米亚微米的双微观结构是构建超疏水表面的必要条件。该小组还通过反复实验探究了Zn0薄膜超疏水性与亲水性之间的可逆转变。与此同时，他们还在石英基底上采用化学气相沉积法构建了阵列碳纳米管(ACNT)膜测得该膜表面的静态接触角为158.5°，如果对该膜用氟硅烷进行修饰后，碳纳米管膜表现良好的超双疏性(既疏水又疏油)，测得油和水的静态接触角分别为161°和171°。
.
在微流体控制方面的应用
超疏水材料表面所具有的不浸润性及低表面粘滞力，使其在微流体控制应用方面也有十分出色的表现。比如控制微液滴的运动和流动，并以此制造微液滴控制针头，使得在实验或者生产过程中对液体滴加计量能够精确控制，实验试剂的添加将更得心应手。如果将这类技术运用到诸如静电喷涂领域，比如用超疏水材料制造喷漆喷胶等的喷头，将会使喷涂的液滴更加均匀，雾化效果更好，可以运用在对喷涂效果有特殊要求的场合。另外如果以这类材料制作毛细管类的材料，将会使液滴的虹吸量更少，可以制造体积更小精密度更高的液体传输设备。
在倾斜表面，在水滴即将滚落下的临界状态下，水滴前部和尾部形成两个不同的接触角θa和θr。接触角滞后值是这两个角的差值，可以用于表征固体表面所呈现出的亲－疏水状态。液滴的滚动特性随着该接触角的滞后值的上升而减弱。
综上所述，固体与液体的相互浸润性的好坏及其所表现出的亲－疏水性是由接触角和滚动角两者共同表征。接触角越大和滚动角越小说明材料表面的疏水性越强。
.
在船舶提高浮力方面的应用
据实验观察不论是在水面的滑行、跳跃还是快速掠过水黾都既不会滑破水面更不会浸湿腿部。因而也就被美誉为“池塘中的溜冰者”根据这一现象科学家经过论证得出水水黾特殊腿部微纳米结构和水面间形成的“空气垫”阻碍了水黾的浸润,让它们实现了自然界版的“水上漂”。据了解利用新型超疏水材料制成的超级浮力材料河以使船表面具有超疏水性并因此在其表面形成具体版的“空气垫” 改变船与水的接触状态防止船体表面被水浸湿进而使其在水中运行的

《生物质超疏水材料》课件

生物质超疏水材料在长期使用过程中，其疏水性能能够保持稳定，不易退化。
PART FOUR
生物质来源：选择天然、可再生的生物质材料，如木材、秸秆、玉米芯等
预处理方法：对生物质材料进行粉碎、研磨、筛分等预处理，以提高材料的表面粗糙度和孔隙率
材料选择标准：选择具有良好疏水性能的生物质材料，如具有高亲水性和低疏水性的纤维素、半纤维素等
超疏水性：表面具有超疏水性，水滴不易附着自清洁性：表面具有自清洁性，易于清洗耐腐蚀性：表面具有耐腐蚀性，不易被腐蚀耐高温性：表面具有耐高温性，不易在高温下变形
生物质超疏水材料具有优异的耐久性，能够长时间保持其疏水性能。生物质超疏水材料在户外环境中能够抵抗紫外线、酸雨等恶劣环境的侵蚀。生物质超疏水材料在室内环境中能够抵抗高温、高湿等恶劣环境的侵蚀。
研究进展：近年来，超疏水材料的研究取得了显著进展，如纳米材料、生物质材料等
防水防污：应用于建筑、汽车、船舶等领域
自清洁：应用于太阳能电池板、玻璃幕墙等领域
抗腐蚀：应用于化工、石油、天然气等领域
生物医学：应用于医疗器械、生物传感器等领域
物理沉积法：通过物理沉积方法制备超疏水材料
化学合成法：通过化学反应制备超疏水材料
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
在污水处理领域，生物质超疏水材料可以用于油水分离，提高污水处理效率。
在食品加工领域，生物质超疏水材料可以用于油水分离，提高食品加工的安全性和卫生性。
建筑领域：作为外墙涂料，提高建筑物的防水性能农业领域：作为土壤改良剂，提高土壤保水性能环保领域：作为污水处理剂，提高污水处理效率医疗领域：作为生物医用材料，提高生物相容性

仿生智能材料 ppt课件

类水稻叶表面碳纳米管薄膜
ppt课件
7
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
•2.1.2昆虫翅膀表面的自清洁性
蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠
覆盖，每一个鳞片上分布有排列
整齐的纳米条带结构，每条带由
倾斜的周期性片层堆pp积t课件而成。
8
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
ppt课件
24
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
润湿：一种流体从固体表面置换另一种流体的过程，最常见的是固体的气固界面被液固界面所取代的过程。
气液
液
固
固
(1)沾湿
ppt课件
固气液
固液
(2)浸渍润湿
25
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料
液
液
气
固
固
(3)铺展or完全润湿
身体的重量，它在水
面上每秒钟可滑行
100倍于身体长度的
距离。
ppt课件
水黾稳定的水上运动特性是
源于特殊的微/纳米结构和
油脂的协同效应
10
2.1 自然界的几种生物体的表面
性能及其仿生纳米界面材料
2.1.3在水面行走的昆虫—水黾
水黾的腿部有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛（直径3um），刚毛表面形成螺旋状的纳米沟槽结构。
ppt课件
Cassie model
cosc f1 cos1 f2 cos2
30
cosc f1 cos1 f2
2.1 自然界的几种生物体的表
面性能及其仿生纳米界面材料

超疏水材料PPT幻灯片课件

步骤：
1、复制模塑法是指先用一种预聚物A（一般为PDMS，有时也可采用溶液）复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微结构；
2、固化A并从荷叶表面剥离，得到负型结构的软膜板B，
然后以此软膜板为图形转移元件，将其表面的负型结构
转移到其他材料C表面，经过2次复制最终得到与荷叶表
面特征相似的仿荷叶微结构。
待解决问题；机械稳定性问题、老化问题、成本、制备工艺，工业化、产业化、商业化，以及更深层次的理论研究。
33
谢谢！
34
超疏水基本理论
材料的浸润性是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的，通常以接触角θ表征液体对固体的浸润
成度。
Young方程 Wenzel方程 Cassie方程
9
对于光滑、平整。均匀的固体表面，Thomas Young在 1805年提出了接触角与表面能之间的关系，即著名的 Young方程（Young Equation）:
17
模板法
18
2.等离子体法
等离子体：是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。
等离子体法原理：利用等离子体对表面进行处理，获得粗糙结构，从而得到超疏水性的材料表面。
优点：快速、选择性高、表面均匀缺点：ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ备昂贵，且不利于大面积制备。
19
20
21
3.化学气相沉积法
原理：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内，然后它们相互之间发生化学反应，形成一种新的材料，沉积到晶片表面上。化学气相沉积法是传统的制备薄膜的技术。
特点：该方法成本较高，一般用于一些特殊材料的制备。

从自然到仿生疏水超疏水界面材料

氟单体含量的影响
130
120
110
100
90
80
70
60 0
10
20
30
40
50
60
content of F T M (w t% )
随着氟单体氟单体含量增加，聚合物对水的接触角逐渐增大；
氟丙烯酸酯用量达到30％左右，表面性能变化趋于平缓
从自然到仿生疏水超疏水界面材料
核壳结构含氟丙烯酸酯乳液聚合研究
Contact angle (0)
110
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热处理t的影响
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0
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80
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A nnealing tim e(m in)
Annealing temperature is 120℃, the sample is BMA96FAEA10.2
110 100
90 80 70
40
3
4
w t ra tio ( % )
34
32
30
28
表面张力
26
24
22
20
18
16
0
1
2
3
4
w t ra tio (% )
用极少量的改性的丙烯酸酯树脂膜具有低表面性质
从自然到仿生疏水超疏水界面材料
2.3 嵌段共聚物与无规共聚物表面性能的比较
Type
Samples
WF (%)
Θ
(H2O) degree
从自然到仿生疏水超疏水界面材料
超疏水的水黾腿
水黾，通过其腿部独特的微纳米复合阶层结构实现超疏水和高表面张力

仿生材料PPT课件

田径比赛
起跑姿势：下蹲式（仿袋鼠在跳跃前总是把腿收缩起来再跳游泳姿势：蛙泳式（仿游泳能手青蛙）
比直立式更快）
第二节人类仿生的发展历史

鲁班观察丝矛草叶子
仿其边缘的细齿结构
发明锯子

观察鱼在水中的游泳仿鱼类的形体发明木船仿鱼尾巴摇摆而游动、转弯发明木浆、橹和舵鲁班观察鸟的飞翔用竹木作鸟“成而飞之，三日不下” 达· 芬奇解剖鸟的身体并观察其飞行制造扑翼机（飞机的雏型）
第一章绪论
第一节仿生学

蜘蛛丝的强韧性；蜻蜓出色的飞行本领；苍蝇的多种特殊功能；孔雀、蝴蝶美丽的翅膀；夜间活动型蛾（Night Moth）的眼蜂巢奇妙的构造；蟑螂灵敏的感知能力；啄木鸟的脑壳有最紧密组织的抗震骨骼；墨鱼的瞬间加速可以达到每小时20哩；蜂鸟飞行600哩旅程耗費不到十分之一盎司的能量；荷花叶面有绝佳的抗污性 (self-cleaning properties )
主要参考资料：
1. 2. 3. 4. 5.
6.
《Nature》近期杂志。《Science》近期杂志。《Biomacromolecules》近期杂志。《Advanced Materials》近期杂志。《International Journal of Biological Macromolecules》近期杂志。仿生材料，崔福斋、郑传林编著，化学工业出版社（2004）。
大象的奇妙行为-怪异的步伐
大象的奇妙行为
大象属于恒温动物大象能承受的体温变化较大大象居于炎热地带其散热方式和身体结构有关。
大象的奇妙行为
大象的沟通方式很复杂。同步前进相隔很远的象群是怎样进行遥感沟通的?

生物质超疏水材料解读

r(SV - SL )

=r COS θ
LV
实际表面面积 r= 表观表面面积＞1
Wenzel 模型示意图
Cassie模型：气垫模型 (由空气和固体组成的固体界面)
cosθ= fcosθ+(1-f)cos180°
= f（cosθ+1）–1
f=Σa/Σ(a+b) f为水与固体接触的面积与水滴在固体表面接触的总面积之比 Cassie 模型示意图
壁虎脚趾的微观结构
壁虎的层次结构的脚趾头。脚趾是由成千上万的丝绸和每一个丝绸包含的几百个细微的铲子结构。 (a,b)扫描电子显微图和(c)特征的铲子。
超疏水的荷叶表面
超疏水的荷叶和表面结构（a)球形的水滴滴在荷叶表面（b)荷叶表面大面积的微结构（c)荷叶表面单个乳突（d）荷叶表面的纳米结构
荷叶表面双微观结构模型 • 通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为 161.0°±2.7º和2º。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。
• 从上面模型可看出：由于荷叶双微观结构的存在，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，使得水珠只与荷叶表面乳突上面的蜡质晶体毛茸相接触，显著减小了水珠与固体表面的接触面积，扩大了水珠与空气的界面，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。
cosθ=(γSV –γSL)/ γLV
式中: γLV、 γSV 、γSL分别表示液气、固-气、固-液界面的表面张力。
由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面, Wenzel和 Cassie对粗糙表面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论假设粗糙表面具有凹槽和凸起结构
Wenzel理论
Cassie理论
利用 CVD法得到的阵列碳纳米管膜的 SEM照片: ( (C).岛状 , (d).柱状

仿生超疏水材料

仿生超疏水表面的制备技术及其进展摘要：仿生超疏水表面具有防水、自清洁等优良特性。

自然界中存在许多无污染、自清洁的动植物表面，如超疏水的荷叶表面、超疏水各向异性的水稻叶表面、超疏水的暗翼表面等。

影响材料表面润湿性的主要因素有材料表面能、表面粗糙度和表面微一纳结构。

超疏水表面的自清洁功能源自于表面形貌与低表面能物质的共同作用，可以通过两类技术路线来制备超疏水表面：控制材料表面能和修饰微细结构表面。

关键词：润湿性；仿生；超疏水；接触角超疏水(Super—hydrophobic)是指表面上水的表观接触角超过150。

的一种特殊表面现象。

近年来，超疏水表面引起了人们极大的关注，它在自清洁材料、微流体装置以及生物材料等领域中有着广泛的应用前景[ ]。

最典型的例子就是自然界中的荷叶表面，水滴在叶面上可以自由滚动．能够将附着在叶面上的灰尘等污染物带走。

从而使表面保持清洁。

1 基本原理润湿性是材料表面的重要特征之一。

描述润湿性的指标为与水的接触角0，接触角小于9O。

为亲水表面，接触角大于90。

为疏水表面，接触角大于150。

则称为超疏水表面。

对于光滑平整的理想固体表面，水滴在其表面上的形状是由固体、液体和气体三相接触线的界面张力来决定的，水滴接触角的大小可以用经典杨氏方程来表示：cos ：Lv 其中，、Ts 、分别是固一气、固一液和液一气界面的表面张力。

对于粗糙表面．Wenzel方程[21认为水滴粗糙表面完全浸润，其液滴接触角为：cosO~=FcosO式中，r为表面粗糙度，即实际表面积与面投影面积之比值。

根据Wenzel方程，对于疏水表面，增加表面粗糙度，液滴的接触角增大。

Wenzel方程揭示了粗糙表面的表观接触角与本征接触角间的关系。

当固体表面由不同种类化学物质促成时，Cassie~zJ进一步拓展了Wenzel的上述处理。

他认为水滴在粗糙表面接触在两种界面：水滴与固体界面以及由于毛细现象水滴无法进入微孔而形成空气垫从而形成的滴与空气垫界面，并认为水滴与空气垫的接触角为180。

仿生超疏水材料的应用

仿生超疏水材料的应用我还记得那天下着淅淅沥沥的小雨，我和朋友小李一起走在回家的路上。

小李是个特别爱干净的人，每次出门都打扮得整整齐齐，今天也不例外，他穿着一双崭新的白色运动鞋，那鞋子白得就像刚从云朵里拿出来似的。

我们正走着呢，突然前面有个小水洼。

这可把小李急坏了，他皱着眉头，眼睛紧紧盯着那个水洼，脚步一下子就停住了，就像被施了定身咒一样。

“哎这可怎么办啊？我这新鞋要是踩进去，可就全毁了。

”他嘟囔着，满脸都是无奈和心疼。

我在一旁打趣道：“你就像护着宝贝似的护着这双鞋。

”就在这时，我突然想到了仿生超疏水材料。

我对小李说：“你知道吗？现在有一种特别神奇的材料，如果用这种材料做鞋的话，就不用担心这个问题啦。

”小李眼睛一亮，好奇地问：“什么材料这么厉害？快给我讲讲。

”我开始滔滔不绝地给他介绍起来。

仿生超疏水材料啊，它可是模仿大自然中的一些神奇现象研制出来的呢。

比如说荷叶，你看荷叶上的水珠，总是滚来滚去的，荷叶就像一个超级滑滑梯，水珠根本不会沾在上面。

仿生超疏水材料就像荷叶一样，水根本没法在上面停留。

这种材料的应用可广泛了。

就拿建筑来说吧，想象一下，如果建筑物的外墙使用了这种材料，那下雨天的时候，雨水就会像坐滑梯一样迅速滑落，外墙永远都是干干净净的。

再也不用担心雨水侵蚀墙体，导致墙面发霉或者变色了。

这就好比给建筑物穿上了一件永远不会弄脏的雨衣，多酷啊！还有汽车，汽车在行驶过程中难免会遇到雨水或者泥泞的道路。

如果汽车的表面采用了仿生超疏水材料，那雨滴和泥水就只能在车身上短暂停留，然后迅速滚落。

这不仅能让汽车一直保持干净整洁，而且还能减少清洗汽车的次数呢。

对于那些爱车如命的人来说，这不就像是给汽车请了一个免费的清洁小助手吗？再看看我们日常使用的手机屏幕。

我拿出我的手机晃了晃，对小李说：“你看，现在手机屏幕要是沾上水或者油污，擦起来多麻烦啊。

要是屏幕是用仿生超疏水材料做的，那这些脏东西就很难沾上去了。

就算不小心沾上了一点，轻轻一抖，就像抖落灰尘一样，脏东西就掉下来了。

仿生超疏水防冰机制

仿生超疏水防冰机制同学们！今天咱们来聊聊一个超级酷的东西——仿生超疏水防冰机制。

你们有没有在冬天的时候，看到过房顶上、路面上结的那些厚厚的冰？是不是觉得特别麻烦，还很危险？那如果有一种办法能让冰不容易形成，是不是很棒？这就是仿生超疏水防冰机制要做的事儿。

那什么是仿生超疏水呢？简单来说，就是模仿自然界中一些生物的特性，让物体表面变得很难沾水。

比如说，荷叶大家都见过吧？水滴在荷叶上就像珠子一样滚来滚去，荷叶却一点儿也不湿。

这就是因为荷叶表面有超疏水的特性。

科学家们就从这些自然界的现象中得到了灵感，想办法把这种超疏水的特性用到防冰上面。

那这个机制到底是怎么工作的呢？超疏水表面的特殊结构使得水滴很难在上面停留。

它的表面有很多微小的凸起和凹槽，就像一个个小山峰和小山谷。

水滴落到这样的表面上，只能和很小的一部分接触，就不容易粘住。

然后呢，即使有水滴留在表面上，因为表面的特殊性质，水滴很容易就滚落或者滑落下去了。

这样一来，水就没办法长时间留在物体表面，也就不容易结成冰。

比如说，在飞机的机翼上，如果采用了这种仿生超疏水防冰机制，就能大大减少冰的形成。

因为飞机在高空飞行时，温度很低，很容易结冰。

一旦结冰，飞机的重量会增加，飞行的稳定性和安全性都会受到影响。

在电力线路上，如果能应用这种技术，就可以避免电线因为结冰而被压断，减少停电事故的发生。

还有在道路上，如果道路表面具有超疏水防冰的特性，那么下雪天道路结冰的情况就会减轻很多，车辆行驶就会更安全。

为了实现这种仿生超疏水防冰机制，科学家们可是做了很多努力。

他们不断地研究各种材料和表面结构，进行大量的实验和测试。

仿生超疏水防冰机制真的是太神奇啦！它让我们从大自然中获得了灵感，解决了很多因为结冰带来的问题。

说不定在未来，我们身边会有越来越多的东西都用上这种技术，让我们的生活变得更加安全和便利。

仿生材料 ppt课件

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2.3仿壁虎脚粘附材料
自然界一类生物,如壁虎、蜘蛛、蚱蜢、蚂蚁、苍蝇等,不但能在垂直的墙壁上停留和爬行, 而且能在天花板上运动自如.这种超强粘附爬行的能力引起了人们广泛的研究兴趣, 其中壁虎由于体重较大成为仿生粘附研究的主要对象.早在公元前4世纪亚里士多德就观察到“壁虎甚至能够头部向下也可以在树上自由地上下爬行”。
殊微纳结构和化学组成造就了天然的稳定
水下超疏油表面。这一发现也从侧面反映
pp了t课荷件叶下表面是抗生物粘附的性质。
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水下超疏油仿生界面材料的构筑
在仿生研究领域中，模板复形法是一种简单、有效、快速的技术，能够通过复制生物界面的表面结构获得具有特殊功能性的界面材料。环氧树脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化铝、聚电解质、光聚合物都可以用做模板材料。
超疏水材料一般可以通过两种方法来制备: 一种是在粗糙表面修饰低表面能物质;另一种是在疏水材料(一般其接触角大于90°)表面构筑粗糙结构.
目前, 已经报道了许多比较成熟的制备技术, 如电化学沉积法、等离子体和激光刻蚀法、交替沉积法、电纺丝法、模板法、溶胶-凝胶法等.
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中科院化学所的徐坚等发明了制造“仿生荷叶”技术。他们分析了荷叶的表面细微结构，发现其表面有许多乳状突起，这些肉眼看不见的小颗粒，正是“荷花自洁效应”的成因，可以让荷叶不沾染脏东西。于是，专家们模仿了荷叶的表
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Qu 等利用化学气相沉积法,在硅基底上生长出竖直排列的多壁碳纳米管阵列,并研究了其粘附性能.碳纳米管由竖直部分及端部的弯曲部分组成,分别用来仿生壁
虎脚部刚毛和铲状绒毛.当碳纳米管阵列与基底接触时,弯曲部分与基底表面的线

超疏水原理ppt课件

角为滚动角( sliding angle , SA)α
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Wenzel模型和Cassie模型
正如上面所讨论的，Wenzel模型和 Cassie模型都认为固体表面的粗糙度可以增强其表面的疏水性，但两者内在机制却是不一样的。
滚动角的大小表征了固体表面的滞后现象，只有拥有较大的接触角和较小的滚动角才是真正意义上的超疏水表面。
为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比14cassie方程cassie发展了wenzel理论假定水不空气的接触角为180提出粗糙的低表面能表面具有超疏水性的机理用以描述水在粗糙固体表面上的接触角c15cassie方程为水不固体接触的面积不水滴在固体表面接触的总面积之比
与几何投影面积之比
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r 为表面粗糙因子,其值为表面的实际面积
与几何投影面积之比
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13பைடு நூலகம்
Cassie方程
Cassie 发展了Wenzel 理论,假定水与空气的接触角为180°,提出粗糙的低表面能表面具有超疏水性的机理,用以描述水在粗糙固体表面上的接触角θc
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Cassie方程
超疏水涂层导读
辛辉金桃燕
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内容简介
1.超疏水现象 2.超疏水表面的基本理论 3.超疏水表面的构造方法 4.超疏水性的功能及应用 5.目前研究与实用的状况
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超疏水现象
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超疏水表面基本理论
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杨氏方程
表面张力：分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，所以有净吸