超疏水现象及应用25页PPT
超疏水材料
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超疏水材料的应用
✓ 新型超疏水材料的应用将十分广污、防腐的效果;
室外天线上,建筑玻璃,汽车、飞机挡风玻璃上,可以防积雪,自清 洁;
冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面上,凝聚水、结霜、结冰现象;
天然气、石油管道内壁表面超疏水分子膜;
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不同表面水滴接触界面状态
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6
自然界的启示
自然界不会活性聚合,也不会乳液聚合,
却可以有着比任何人工合成材料更好的 疏水性能——所谓“超疏水”的生命现 象
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蝉翼表面的超疏水结构
蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成,纳米柱的直径大约在80nm,纳米 柱的间距大约在180nm。规则排列纳米突起所构建的粗糙度使其表面稳定吸 附了一层空气膜,诱导了其超疏水的精选性完整质ppt课,件 从而确保了自清洁功能。 8
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模板法
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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:设备昂贵,且不利于大面积制备。
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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。
超疏水
![超疏水](https://img.taocdn.com/s3/m/7173d23867ec102de2bd8938.png)
超疏水表面制备方法:
3、刻蚀法
刻蚀是一种直接有效的制备粗糙表 面的方法。刻蚀的方法包括等离子体 刻蚀、激光刻蚀和化学刻蚀,这些方 法已经被用来制备超疏水表面。
超疏水表面制备方法:
4、溶胶-凝胶处理法 现有研究中的绝大部分结果表面,溶胶凝胶处理后无须再经过疏水化的后处理,表面 就可以实现超疏水性能,因为低表面能材料在 溶胶-凝胶处理过程中就存在 。 Hikita研究组使用胶状的硅石颗粒和氟烷 基硅氧烷作为原材料,通过烷氧基硅烷的水解 和浓缩过程制备了具有超疏水性能的溶胶-凝 胶薄膜 。
超疏水表面的构建技术可分为以下两类:
(1)在低表面能的材料表面构筑一定的粗糙 度; (2)在具有一定粗糙度的材料表面上修饰低 表面能的物质。
超疏水表面制备方法:
1、层层自组装法
层层自组装方法能够借助分子间的静电相 互作用和氢键相互作用,从分子的尺度来控制 所制备的薄膜的厚度和薄膜的表面化学性质。 近来,有许多研究组应用层叠层的方法来制备 粗糙的超疏水表面
超疏水表面
荷叶表面上的超疏水
荷叶在雨后显得非常的清新和洁净,这是因为 落在叶面上的雨滴会自动聚集成水珠,水珠的滚动 可以使叶片表面上的尘土污泥等污染物粘附在水珠 上滚出叶面,从而清除掉了叶片上所吸附的污染物, 这一现象所表达出的是荷叶具有优异的超疏水性能 和非凡的自洁净功能.这些特性被命名为“荷叶效 应” Barthlott和Neinhuis研究组借助扫描电子显微 镜 (SEM)首次报道了荷叶表面的观结构,他们把荷 叶这种自洁净功能归因于粗糙表面微米量级的凸体 及其表面蜡状物质的共同作用。
荷叶表面的微/纳米复合结构
超疏水的定义:
表面水接触角大于150°,并且具有很 小的滚动角和自清洁性质的表面被称
超疏水材料研究进展PPT
![超疏水材料研究进展PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/7cf0f704960590c69fc37693.png)
Sun 等课题组成员为了获取具有荷叶结 构的超疏水表面, 在聚二甲基硅氧烷表面 进行模板法得到了具有荷叶结构的凹模板, 再使用该凹模板得到具有与荷叶表面结构 类似的凸模板, 在扫描电镜下看到了具有 粗糙结构的表面,展现了良好的超疏水性 能。
Manhui Sun,et al.Artificial Lotus Leaf by NanocastingLangmuir, Vol. 21, No. 19, 2005 8979.
J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 9049–9056
三、光催化超疏水材料研究进展
一、研究背景
Wenzel 模型
cosɵW =rcosɵe
式中,θW为表观接触角,(°);θY为理想表面 的本征接触角,(°);λ 表示粗糙度因子,是 真实固液界面接触面积与表观固液界面接触面 积的比值,λ≥1
ห้องสมุดไป่ตู้
Cassie模型
cosɵc =f1cosɵ1 + f2cosɵ2
将表面组成分量加入方程中式中,f1和 f2分别 为复合表面中固相与气相的表面积分数,%; θ1和θ2分别为它们的接触角
一、研究背景
Young方程——理想、平滑的固体表面
cosɵ =(γ -γ )/ γ
sg ls lg 式中,γsg、γsl、γlg分别表示固气、固液以及液气之间的界 面张力,N/m
Θ < 90°,表现出亲水的性质, Θ > 90°,表现出疏水的性质
Young Equation
Young方程解释了接触角 和表面能的关系
通过双层涂层制备长期耐用的超疏水和(同时)抗
反射表面,该双层涂层包含部分嵌入通过溶胶生产的有 机二氧化硅粘合剂基质中的三甲基硅氧烷(TMS)表面 功能化的二氧化硅纳米颗粒-凝胶过程。首先将致密且均 匀的有机硅胶层涂覆到玻璃基板上,然后在其上沉积三 甲基硅烷化的纳米球基超疏水层。在热固化之后,两层 变成整体膜,并且疏水性纳米颗粒被永久地固定到玻璃 基板上。经过这种处理的表面在户外暴露2000小时期间 显示出极好的防水性(接触角CA= 168°)和稳定的自 清洁效果。
《生物质超疏水材料》课件
![《生物质超疏水材料》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/ebdcbe0ce55c3b3567ec102de2bd960590c6d9a8.png)
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
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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
超疏水纳米二氧化硅涂层PPT课件
![超疏水纳米二氧化硅涂层PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/d4e67f9ac281e53a5902ff3a.png)
疏水纳米二氧化硅
.
低表面能材料制备 和 粗糙表面建立
以羟基硅油(H-PDMS)与正硅酸乙酯(TEOS)固化后得到的 聚硅氧烷 为低表面能材料, 利用疏水纳米SiO2粒子构造粗糙度,采用喷涂工艺,在玻璃表面制备聚硅氧烷/二氧化硅杂化超疏 水涂层。(二月桂酸二丁基锡:DBTDL)
.
表面微观结构
不同 SiO2 与 TEOS-PDMS 质量比下杂化涂层的 SEM 照片和接触角。 (a)0;(b)0.1;(c)0.2;(d)0.3;(e)0.3;(f)0.6
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Байду номын сангаас防腐蚀应用
.
1
超疏水(疏水)涂层应用
.
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至滚出叶面
纳米二氧化硅
常用尺寸范围15~100nm,具有许多独特的性质,如具有 对抗紫外线的光学性能,能提高其他材料抗老化、强度和 耐化学性能等。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形 白色粉末,无毒、无味、无污染,微结构为球形,呈絮状 和网状的准颗粒结构,分子式和结构式为SiO2,不溶于水。
.
目录
CONTENTS
这就是荷叶自洁效应。
从自然到仿生的疏水超疏水界面材料PPT课件
![从自然到仿生的疏水超疏水界面材料PPT课件](https://img.taocdn.com/s3/m/f0d3690e04a1b0717ed5dd2a.png)
300 41.04 12.7 46.2 1.13
900 43.65 14.6 41.7 0.96
Calculated values*
0.31
0.31
出射角反映深度信 0.34 2.含息氟,链越段小的越趋近表面
表性
0.39
300 43.48 14.2 42.3 0.97 0.33
MArF17%
16.3
第12页/共65页
2.1 ATRP法制备含氟嵌段共聚物
• 溶剂:环己酮 • 引发剂:α-溴代异丁酸乙酯 • 催化剂/配位剂:CuBr/五甲基
二乙基三胺 • 氟单体:丙烯酸全氟烷基乙基
酯
CH2=CHCOOCH2CH2(CF2)CF3
• 共聚单体:BMA/MA第1/3M页/共M65A页等
2.2 含氟嵌段共聚物固体表面性能的研 究
40
60
80
100
120
A n n e a lin g tim e (m in )
Annealing temperature is 120℃, the sample is BMA96FAEA10.2
110 100
90 80 70
40
热处理T的影响
60
80
100
120
140
Annealing temperature( 0C )
Annealing time is 30 min, the sample is BMA96FAEA10.2
第15页/共65页
BMA嵌段长度对接触角的影响
FAEA链段长度 固定为
BMAxFAEA2.0
水在共聚物表面的接 触角
石蜡油在共聚物 表面的接触角
第16页/共65页
超疏水的基本原理
![超疏水的基本原理](https://img.taocdn.com/s3/m/c604c06f240c844768eaee1b.png)
我们在研究固体表面性质的时候通常会研究其湿润性,研究表明湿润性是固体表面的重要性质之一。
一般用接触角来表示固体表面的润湿性,当接触角大于90°的面称为疏水面,接触角大于150°的面称为超疏水面。
日常生活中的荷叶因其表面上的乳突和蜡状物使荷叶表面具有超疏水特性,表现为荷叶的自洁净功能;水黾因其腿部上微米级刚毛上和其上存在着的很多纳米级沟槽,微米刚毛和纳米沟槽的缝隙中能形成空隙,形成的稳定气膜能够阻碍水滴的浸润,表现出超疏水特性,使其能在水上自由行走,而不会沉入水中。
1.超疏水的基本原理(1)接触角液体与固体表面之间的相互作用程度,固体与液体之间形成的夹角即为接触角,接触角的大小由黏附力来决定,黏附力会由固体表面性质不同、液体性质的不同以及固体与液体之间的相互作用不同而形成不同的黏附力,黏附力越大,接触面积也就越大,夹角也就越小,反之,黏附力越小,接触面积就越小,夹角也就越大。
(2)润湿指液体能接触到固体并附着在固体表面的现象。
湿润可以说是固体与液体之间的分子作用力引起的,就是之前提到的黏附力,黏附力体现出固液之间的接触能力。
(3)湿润现象的微观解释若两相相互接触时互不相溶,那么湿润从宏观上就是一种现象。
但从微观上解释可根据界面层的理论。
界面层就是薄层,位于界面附近。
目前人们已知界面层模型有3 种,即Gibbs 分割表面型、Guggenheim 过渡层型与物理界面型。
物理界面层模型:液体与固体接触处存在分子作用半径厚度的液膜,此为液体与固体交界后液相的界面层。
在这个薄层中的分子,一边受到液相分子作用力,即内聚力;而另一边受到固相内部分子作用力,即黏附力。
产生不湿润的根本原因在于内聚力大于黏附力;产生润湿的根本原因在于黏附力大于内聚力。
(4)影响接触角的因素接触角的大小可以看出润湿程度,也可以看出固液之间相互作用的程度,能够判断出黏附力的强弱。
液体和固体的不同,其对应的接触角是有区别的,有些区别还很大。
第六章 疏水材料--超疏水ppt课件
![第六章 疏水材料--超疏水ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/b4aef16669dc5022abea002f.png)
为是产生这种高接触角、低滚动角的原因。
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4 Research plan
❖In order to fabricate superhydrophobic or superhydrophilic surfaces based on sub-micron structures, I think my research in UW can be divided into three stages.
❖mg(sinα)/ω =γ (cosθa-cosθr)
❖θa –Advancing contact angle,
❖θr –Receding contact angle,
❖m-The quality of water drop,
❖g-Acceleration of gravity ,
❖ω-Diameter of water drop,
❖ 蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成.纳米柱的直径大约在 80 nm,纳米柱的间距大约在180 nm.规则排列纳米突起所构建的 粗糙度使其表面稳定吸附了一层空气膜,诱导了其超疏水的性质 ,从而确保了自清洁功能。
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精品课件
Butterfly wings
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氧等离子体处理后的超疏水ps纳米珠阵列表面wwwthemegallerycom47wwwthemegallerycom48chemicalvapordeposition江雷等利用化学气相沉积法cvd在石英基底上制备了各种图案结构的阵列碳纳米管膜结果表明水在这些膜表面的接触角都大于160滚动角都小于5纳米结构与微米结构在表面的阶层排列被认为是产生这种高接触角低滚动角的原因
精品课件
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Wenzel model
超疏水现象及应用 PPT
![超疏水现象及应用 PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/96c13c36a9114431b90d6c85ec3a87c240288aab.png)
超疏水得概念
表面得疏水性能通常用表面与水静态得接触 角与动态得滚动角描述。 超疏水表面就是指与水得接触角大于 150 °,而滚动角小于 10°得表面。 接触角通常就是用接触角测定仪来获得。
疏水性的表征量
静态接触角: 越大越好 滚动角: 越小越好
2014/3/28
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不同表面水滴接触界面状态
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大家应该也有点累了,稍作休息
大家有疑问得,可以询问与交流
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超疏水表面得制备
一种就是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种就是将疏水材料构筑粗糙表面。
2014/3/28
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超疏水表面得制备 一种就是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种就是将疏水材料构筑粗糙表面。
模板法
等离子体 法 化学气相 沉积法
2014/3/28
得操作示意图
2014/3/28
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2、等离子体法
• 等离子体:就是由部分电子被剥夺后得原子及原子被电离 后产生得正负电子组成得离子化气体状物质,它广泛存在 于宇宙中,常被视为就是除去固、液、气外,物质存在得第 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 ,从而得到超疏水性得材料表面。
--宋.周敦颐《爱莲说》
超疏水得荷叶表面
2014/3/28
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
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荷叶表面双微观结构模型
• 通过实验测试,水滴在荷叶表面得接触角与滚动角分别为161、 0°±2、7º与2º。这使得荷叶具有了很好得自清洁能力。
得黏附及由此带来得对针尖得污染; – 防水与防污处理; – ………
超疏水原理
![超疏水原理](https://img.taocdn.com/s3/m/10bbbe4e4028915f814dc20b.png)
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
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
Cassie方程
式中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。
超疏水涂层导读
辛辉 金桃燕
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
超疏水现象
超疏水表面基本理论
光滑表面的yang氏方程 粗粗糙糙表面表的面We的nzW el方e程nzel方程 粗糙表面的Cassie方程 Wenzel方程和Cassie方程的适用性 接触角滞后 水滴在超疏水表面的动态润湿性 粗糙表面Wenzel状态和Cassie状态的关系
• 两者的差值(θa -θr ) 称为接触 角滞后。
• 表观接触角则处于前进角和后退角
两个临界值范围之间
接触角滞后
接触角滞后的存在使得水滴在倾斜 的表面上不一定向下移动。随着倾 斜角的增大,在重力作用下,水滴前 部分的接触角增加而后部分的接触 角减小。只有同时达到临界接触角 时水滴才会向下滑动,定义这时的倾
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,所以有净吸力存在,
致使液体表面的分子有被拉入液体内部的倾向,所以任何液体表面都有自发缩小的倾向, 这是液体表面表现出表面张力的原因。
广为接受的光滑表面上的Yong氏方程描述了固液气三相界面上液 体对固体的本征静态接触角和三相间的表面张力的关系:
当θ> 90°时表现为疏水性 θ<90°时表现为亲水性
超疏水现象及应用25页PPT
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谢谢!
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
61、奢侈是舒适的,否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学,如日出之阳;壮而好学 ,如日 中之光 ;志而 好学, 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也,匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里,与其说好 的教师 是幸福 ,不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战,就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
超疏水现象及应用
56、极端的法规,就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要,人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益, 而是为 了公共 的利益 ;一部 分靠有 害的强 制,一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ,那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
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61、奢侈是舒适的,否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学,如日出之阳;壮而好学 ,如日 中之光 ;志而 好学, 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也,匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里,与其说好 的教师 是幸福 ,不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战,就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿