1基于“荷叶效应”的超疏水表面的几何设计.

合集下载

超疏水

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

具有荷叶效应的超疏水纺织物

具有荷叶效应的超疏水纺织物
叶金兴
【期刊名称】《现代纺织技术》
【年(卷),期】2010(018)002
【摘要】介绍用银纳米粒子和一种非氟疏水聚合物处理涤纶织物,制取具有荷叶效应的超疏水织物.
【总页数】3页(P52-54)
【作者】叶金兴
【作者单位】浙江理工大学材料与纺织学院,杭州,310018
【正文语种】中文
【中图分类】TS195.57
【相关文献】
1.荷叶效应在防水透湿织物中的应用 [J], 杨梅;郭凤芝;唐世君;李宁
2.具有保温性能的电纺LA/PET纳米纤维复合织物的制备与表征 [J], 李智勇;周惠敏;夏鑫
3.小议荷叶效应在防水透湿织物中的应用 [J], 杨梅
4.基于"荷叶效应"的抗蚀、耐久混凝土超疏水防护层 [J], 冉蕾;汪慧颖;刘浩
5.具有日间被动辐射制冷功能的超疏水锦纶6织物的制备及性能研究 [J], 张迅;钟申洁;张佳文;蔡英;易玲敏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

图解：纳米超疏水自清洁表面的应用

图解：纳米超疏水自清洁表面的应用自然界的超疏水现象“荷叶表面具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的“荷叶自洁效应”「见下图1」。

▲图1自然界的荷叶疏水表面现象科学家发现，荷叶表面具有微米级的乳突，乳突上乳突上有纳米级的蜡晶物质，这种微-纳米级的粗糙结构可以大幅度提高水滴在其上的接触角，导致水滴极易滚落「见下图2」。

▲图2荷叶表面微观结构水滴在超疏水表面上的运动是一个复杂的物理现象，在自清洁过程中起到了一个至关重要的作用：水滴在表面滚动时会带走表面的污染物或灰尘，从而达到自清洁的效果「见下图3」。

▲图3超疏水表面自清洁原理示意图当然这些现在也存在于很多其他生物身上「见下图4」；科学家们研究这些生物及模仿这些生物现象，制备出了许多超疏水产品并得到了许多的应用（详见后文介绍）。

▲图4自然界中具有超疏水性的动植物及其扫描电子显微镜(SEM)图(a,b)荷叶;(c,d)水稻叶;(e,f)水黾腿[3];(g,h)孔雀羽毛[5,6];(i,j)壁虎脚掌[7];(k,l)蝉翼[9];(m,n)蝴蝶翅膀[10];(o,p)蚊子复眼[13]下文将为大家简单介绍超疏水自清洁的原理及一些超疏水表面的应用例子。

1、超疏水表面自清洁原理自清洁表面指表面的污染物或灰尘能在重力或雨水、风力等外力作用下自动脱落或被降解的一种表面，基于超疏水原理的自清洁表面主要是指接触角CA150°、滚动角SA＜10°的类荷叶表面「见下图5（d）」。

▲图5不同表面水滴接触界面状态2、常见超疏水表面制备现状人工制备超疏水表面虽然时间不长，但发展特别迅速，有效的制备方法也越来越多，主要有模板法、静电纺丝法、相分离与自组装法、溶胶-凝胶法、刻蚀法、水热法、化学沉积与电沉积法、纳米二氧化硅法、腐蚀法等。

目前人工超疏水表面主要包括超疏水薄膜表面、超疏水涂层表面、超疏水金属表面及超疏水织物等方面。

神奇的超疏水材料,灵感来自荷叶

神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶荷叶一直以来都是人们喜爱的一种植物，不仅因为它的美丽，还因为它独特的超疏水性能。

荷叶表面经常被水珠覆盖，这些水珠会在叶片上滑动，带走叶片上的尘土和污垢，使叶片保持清洁。

这样的特性一直吸引着科学家们的注意，他们试图从荷叶上汲取灵感，开发出一种能够具有相似超疏水性能的材料。

经过长期的研究和努力，科学家们终于成功地研发出了一种神奇的超疏水材料，这种材料得到了广泛的应用，不仅在工业生产中发挥着重要作用，还在环境保护和医疗领域发挥着重要作用。

在本文中，我们将介绍这种神奇的超疏水材料的制作原理、特性及应用领域。

神奇的超疏水材料是如何制作的呢？其实，超疏水材料的制作原理就是通过仿造荷叶表面的微观结构，使得材料表面能够具有类似荷叶的超疏水性能。

具体来说，就是通过在材料表面构建一种微观的纳米结构，使得水珠无法在材料表面停留，而是以极快的速度滑落下去，带走表面的污垢和尘土，从而实现自清洁的效果。

为了实现这一目标，科学家们利用了一系列先进的制备技术，例如溅射沉积、溶液旋涂、纳米压印等。

通过这些技术，他们可以在材料表面精确控制微观结构的形貌和尺寸，从而实现精准的调控水珠在材料表面的行为。

除了制备技术，超疏水材料的制备还需要选择合适的材料。

一般来说，具有低表面能的材料更容易实现超疏水性能。

目前，常用的超疏水材料主要包括疏水聚合物、金属氧化物和碳基材料等。

这些材料不仅具有低表面能，而且还具有良好的稳定性和耐用性，能够在各种恶劣的环境下工作。

有了这种神奇的超疏水材料，人们的生活变得更加便利。

超疏水材料在工业生产中发挥着重要作用。

许多工业设备需要保持清洁才能正常运行，而传统的清洗方法往往耗费大量的水和能源。

通过在设备表面涂覆超疏水材料，可以使设备自动清洁，大大减少清洗成本，提高生产效率。

超疏水材料还在环境保护和污水处理中得到了广泛的应用。

许多污水处理设备需要定期清洁，否则会导致设备性能下降甚至损坏。

“两面神”薄膜：一面超疏水一面超亲水

“两⾯神”薄膜：⼀⾯超疏⽔⼀⾯超亲⽔⾃然界中，荷叶、稻叶等材料表⾯呈现出不同超疏⽔特性。

道法⾃然，⼈们基于仿⽣策略实现了系列材料超疏⽔表⾯的构筑。

然⽽，荷叶表⾯除具有超疏⽔特性——“荷叶效应”之外，还呈现出表⾯超疏⽔、底⾯亲⽔的“两⾯神（Janus）”润湿特性。

荷叶的两⾯神润湿特性模拟荷叶表⾯这种特性进⾏具有显著润湿性差异Janus膜表⾯构筑。

近⽇，⼀个⼟⽿其—德国联合研究团队以滤纸为多孔基底，通过单⾯修饰聚⼆甲硅氧烷（PDMS）／⽆机微纳颗粒，简便构筑了具有超疏⽔／亲⽔显著润湿性差异的“两⾯神”膜。

这种Janus膜具有优异的化学稳定性、机械稳定性和柔韧性，同时保持良好的透⽓性，在伤⼝处理等⽅⾯具有较⼤的应⽤前景。

荷叶疏⽔表⾯的微观结构研究⼈员选⽤Whatman No. 1滤纸和实验室⼯程棉滤纸为基底材料，将PDMS、硅纳⽶颗粒以及玻璃微球混合均匀后采⽤喷涂技术涂覆到基底表⾯，经过120 ℃加热交联处理后PDMS共价接枝到滤纸表⾯。

该侧滤纸表⾯呈现出超疏⽔特性（接触⾓163.1°± 1.2°）。

同时，研究表明混⼊掺杂三种不同尺⼨的⽆机颗粒（9−13µm、20−60µm、数纳⽶）对于超疏⽔表⾯的构筑⼗分必要，微⽶级尺⼨和纳⽶尺度的⽆机颗粒协同提供微纳粗糙表⾯。

Janus膜的制备及表⾯形貌研究发现加热处理使得PDMS与基底产⽣共价键连接，进⼀步对“两⾯神”膜的内部结构进⾏表征，结果表明在涂层制备过程中涂层组分渗透扩散⾄多孔滤纸内部形成梯度化学改性结构；这⼀结构特性有效地保证了“两⾯神”膜的溶剂／⽔稳定性。

“两⾯神”膜基于底部保持亲⽔特性，其整体保持较⾼的吸⽔率（80 g/m2）。

基于滤纸、表⾯硅橡胶涂层组分优异的柔韧性以及基底与涂层存在共价键连接界⾯，结合⽆机微纳颗粒杂化改性，使得该“两⾯神”膜表⾯具有优异的超疏⽔润湿稳定性。

在循环弯曲以及摩擦测试后，该涂层仍能维持其优异的超疏⽔特性。

神奇的超疏水材料,灵感来自荷叶

神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶1. 引言1.1 背景介绍荷叶作为自然界中具有明显超疏水性能的植物，一直以来都吸引着科研人员的兴趣。

荷叶表面的微观结构使得水珠在其表面上快速滚动，同时将灰尘和污垢带走，从而保持表面清洁。

受到荷叶的启发，科研人员开始研究制备具有类似超疏水性能的材料，并尝试将其应用于各个领域。

超疏水材料的研究不仅有助于提高材料的耐久性和清洁性，还可以推动各行业的技术创新和进步。

深入研究超疏水材料的结构设计、制备方法和应用前景具有重要意义，对环境保护和产业发展都具有积极的推动作用。

2. 正文2.1 荷叶的超疏水表面结构荷叶的超疏水表面结构主要是由微观的微结构和纳米级的纳米结构组成。

在荷叶表面，存在着许多微小的凸起和微沟，这些微观结构使得水滴无法完全接触到表面，从而形成了超疏水效应。

而在更微观的层面上，荷叶表面还具有一层纳米级的蜡质物质，这种物质可以形成一种类似于蜡的保护层，使得水滴在滚动过程中不易附着在表面上。

荷叶表面还具有一种类似于莲花的特殊结构，这种结构可以使得水滴在滚动时不断与表面接触，从而清洗表面上的杂质和尘土，保持表面的清洁。

荷叶的超疏水表面结构是一种通过微观和纳米级结构相结合的设计，使得水在与表面接触时能够迅速滚动离开，同时保持表面清洁的独特结构。

这种结构不仅可以在自然界中见到，也可以通过模仿荷叶表面结构，制备出具有超疏水性能的材料，为生活和工业领域带来了许多便利和应用前景。

2.2 神奇的超疏水材料的制备方法神奇的超疏水材料的制备方法可以通过以下几种途径实现。

一种常见的方法是利用化学合成的方式，在材料表面引入微纳结构。

这种方法包括溶液法、气相沉积法和模板法等。

在溶液法中，可以通过溶胶-凝胶法或溶剂热法来实现超疏水表面的制备。

气相沉积法通常包括化学气相沉积和物理气相沉积两种方式，通过控制沉积条件和进行后处理来制备具有超疏水性能的材料表面。

模板法则是利用模板在材料表面上形成孔洞结构，从而实现超疏水表面的制备。

神奇的超疏水材料,灵感来自荷叶

神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶荷叶是一种非常神奇的植物，不仅因为它的美丽和清新的香气，更因为它在水中的独特性能。

荷叶表面的特殊结构使得水珠能够在上面滚动，不容易粘附在叶片上，这种特性使得荷叶成为了许多工程和科学研究的灵感源泉。

最近，科学家们通过对荷叶表面结构的深入研究，成功制作出了神奇的超疏水材料，这种材料具有荷叶一样的超强防水特性，可以广泛应用于各行各业。

经过长期的研究，科学家们终于发现了荷叶表面的秘密。

他们发现，荷叶表面不仅有微观的凹凸结构，而且这种结构上还有覆盖着超疏水的纳米颗粒，这些颗粒使得荷叶表面具有了超强的防水特性。

有了这一发现，科学家们开始努力寻找方法来制造出具有类似结构的超疏水材料。

通过采用纳米技术和微观制造技术，他们最终成功地制作出了一种新型的超疏水材料，这种材料不仅具有与荷叶表面相似的微观结构，而且还具有比荷叶更加优越的防水效果。

这种新型的超疏水材料，不仅可以在防水衣物、防水设备等方面得到应用，还可以在其他许多领域发挥作用。

在医疗器械和医用耗材的生产中，超疏水材料可以用于制作无菌包装，从而有效地防止细菌的侵入。

在建筑材料方面，超疏水材料可以用于制作防水涂料，从而提高建筑物的防水性能。

在生物科学和环境科学领域，超疏水材料可以用于制作油水分离器，从而帮助清除环境中的油污。

这种新型的超疏水材料将会在各个领域发挥着重要的作用，为人们的生活和工作带来全新的便利和惊喜。

尽管超疏水材料具有很多优点，但是目前这种材料还存在一些问题。

目前制造超疏水材料的成本还比较高，而且材料的稳定性和耐用性也还有待提高。

目前市面上的超疏水材料种类繁多，品质良莠不齐，因此消费者在选择超疏水材料时需要格外小心。

科学家们需要继续努力，不断改进超疏水材料的制备工艺和技术，以期能够生产出更加稳定、耐用的超疏水材料，从而满足人们对于防水材料日益增长的需求。

仿荷叶超疏水高分子材料设计综述

仿荷叶超疏水高分子材料设计综述摘要近年来,由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注。

本文综述了超疏水表面研究的新进展:简单介绍了表面浸润性的表征手段和影响因素,归纳了超疏水表面的制备方法和相关的理论分析,对超疏水表面研究的发展进行了展望。

关键词超疏水仿荷叶多级结构滞后接触角滚动角Summary of lotus-like super-hydrophobicpolymer materials designAbstract In the last decade, surfaces with ultra hydrophobicity have aroused much research interests owing to their potential application in self-cleaning coatings , microfluidics and biocompatible materials and so on. The recent progress in the study of superhydrophobic surface is summarized in three parts. In the first part the characterization and influences of wettability are briefly introduced ; in the second part new development of superhydrophobic surfaces is summarized from both experimental and theoretical aspects ; in the third part the prospect of the development in this field is proposed.Key words superhydrophobic ; lotus-like ; hierarchical structure ; hysteresis ; contact angle ; sliding angle1．引言我们用扫描电子显微镜观察到荷叶表面存在着微米和纳米级的双微观结构 ,即乳突形成的表面微米结构和蜡晶体形成的纳米结构[1],乳突的直径为 5～15μm ,蜡晶体特征尺度为20～500nm。

荷叶效应引起的的超疏水表面研究

精品课件
超疏液应用研究——超疏液制备
超疏液表面的原理及软复制工艺示意图
精品课件
超疏水应用研究——超疏液制备
由于“T”型微结构稳定耐用，而PDMS印章便于脱模且可反复使用（不少于100次），因此1个微结构便可复制出 100*100即1万个相同结构、成本低廉的子模板，从而保证了性能可靠，并大幅稀释了微加工成本。其典型接触角对水和十六烷均高于150度，接触角滞后低于15度，在经过 10*10次转印到PDMS、玻璃树脂、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等可固化材料后，所获得的超疏液表面均与母版性能相当。同时，此方法也赋予了超疏液表面更多材质特性，如柔性、透明、生物兼容性等等。
了解了超疏水原理和一些有趣的现象，那么在实际应用中到底有那些材料利用了这些原理呢？
精品课件
超疏水应用研究
油中实验过程。污垢分别使用公园里的土壤（Soil）和室内的灰尘（Dust）充当，油选用十六烷（Hexadecane）和食用油（Cooking oil）。经过疏水涂料处理的表面被部分浸润在油中，界面处撒有污垢。之后，研究者向表面滴水（为了便于分辨，水被事先染成蓝色），以清除表面上的的污垢。以上实验表现了疏水疏油超双疏表面，这个想法来自于疏水材料的一点拓展，是根据猪笼草的自清洁效应来的，属于仿生研究，可以达到除油的效果。
自动除冰
精品课件
超疏水研究——自动除冰
环境因素限制了它的应用：对于需要预防结冰的表面，这种现象看起来是个好消息。不过，德国马普所的福尔默（Vollmer）教授指出，尽管这一系列工作很酷炫，但如何应用它还是个难题。尤其在户外的开放环境下，依靠降低气压来防止结冰很难操作。
精品课件
超疏水应用研究
由荷叶到超疏水表面

1基于“荷叶效应”的超疏水表面的几何设计.

（4）上述三个条件可保证良好的超疏水效果，但要保证表面微结构的耐久性，也就是较好的机械性能，还需要较大的材料粗糙比mr（a/h）。
12
根据微细结构表面几何设计条件对不同微细具体结构表面的分析
FIG. 1
a1=b1=h1=1m
FIG. 1 具有较大的相对柱高（hr=h1/b1=1）；提供复合态较大的材料粗糙比（mr=a1/h1 =1）；好的机械耐久性而有较大的相对柱宽（ar=a1/b1=1）；不能提供较大的平衡接触角
10
通过对表面几何参数、粗糙因子、固体百分数、本征接触角的讨论提出了微细结构表面几何设计的几条准则

（1）必须有较大的粗糙度与本征接触角，保证液滴能处于稳定的复合润湿状态。
（2）要有较小的固体表面百分比，即较细的粗糙结构，才能达到较大的平衡接触角。（3）首先要有较大的本征接触角，保证复合润湿态，然后应有较小的固液比，得到较小的接触角滞后。（4）较小的柱间距能保证液滴的复合态接触，但是较大的柱间距可导致较大的平衡接触角。所以需要综合考虑柱间距与其它微结构参数如柱高、柱宽的匹配，从而得到同时具备大接触角与小接触角滞后的超疏水表面。
乳突的平均直径为 5~9um。
3
荷叶表面的微/纳米复合结构
2002年，江雷等提出微米结构下面还存在纳米结构，二者相结合的阶层结构才是引起表面自清洁的根本原因。单个乳突由平均直径为120nm结构分支组成。
4
荷叶自清洁的特征表明荷叶这种结构具有很强的超疏水性(Superhydrophobic)
11

满足微细结构表面几何设计的条件

（1）为形成热力学稳定的复合接触态，需要较大的相对柱高hr（=h/b）。（2）要得到较大的平衡接触角，应该设计较小的相对柱宽 ar（=a/b）或液固接触面比例（fs=a/(a+b)）。（3）要达到较小的接触角滞后或滚动角，需要较大的本征接触角及较小的相对柱宽ar。

仿生纳米超疏水表面 (1)

仿生纳米超疏水表面1 固体表面的润湿现象与超疏水表面1.1 静态润湿当液体与固体接触时，液体会沿着固体表面向外扩展，同时系统中原来的固气界面和液气界面逐渐地被新的固液界面取代，这一过程称为润湿。

到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角，用θ表示。

它实际是液体表面张力和液-固界面张力间的夹角。

接触角的大小是由在气、液、固三相交界处，三种界面张力的相对大小所决定的。

从接触角的数值可看出液体对固体润湿的程度，习惯上将液体在固体表面上的接触角θ=90°时定义为润湿与否的标准，θ>90°为不润湿，θ<90°则为润湿，接触角θ越小，润湿性能越好。

特别地，静态接触角小于100静态接触角大于150°的固体表面称为超疏水表面。

图1 固体表面的润湿图2 几种不同类型的润湿情况图3 几种不同的润湿状态的接触角1.2 动态润湿（动态接触角滞后反映液滴在平面上滑动的难易程度）图4 动态润湿（粘贴到PPT中能动）对于在倾斜的固体表面上运动的液滴而言，在运动方向前后液滴的动态接触角存在着差异，前面的动态接触角最大，称为前进接触角θa，后面的动态接触角最小，称为后退接触角θr;水滴滚动所需的固体表面最小倾斜角称为滚动角α，如图4所示。

图5 滚动角与动态接触角的关系固体表面静态接触角的大小介于前进接触角和后退接触角之间，前进接触角和后退接触角的差值称为动态接触角滞后(Contact angle hysteresis,Δθ)滚动角与动态接触角的数量关系可用如下公式描述：mgsinα=γ(cosθr−cosθa)（1）w式中：m —液滴质量W —液滴宽度g —重力加速度γ— 气液界面表面张力从(1)式中可以看出固体表面的动态接触角滞后Δθ越小，滚动角α越小。

固体表面的动态接触角滞后和滚动角的大小反应了固体表面对液体的亲和力或者固体表面的剪应力，动态接触角滞后和滚动角越大说明固体表面对液体的亲和力或者固体表面的剪应力越大。

超疏水现象及应用 PPT

超疏水现象及应用
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
2
不同表面水滴接触界面状态
9
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
10
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
11
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
14
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
7
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; – ………

基于荷叶原理的超双疏材料-PPT课件

中科院天津产业技术创新与育成中心合作项目
超双疏材料在环保节能领域的应用及价值 2015年9月16日
基于荷叶原理的超双疏材料工业化及应用
张旭教授
河北工业大学化工学院高分子科学与工程系天津华科力源科技发展有限公司 E-mail：xuzhang@ Mobile：13902066004
Angew. Chem. 2002, 114, Nr. 7
（2）刻蚀法刻蚀包括激光刻蚀、机械刻蚀、化学刻蚀和等离子体刻蚀等等，是构建粗糙表面的一种有效的技术方法。
Zhao[6]等人通过光刻技术和表面氟化过程，在硅基表面构建了高度有序的直径为3μm高度为7μm的支柱，并且在这些支柱侧面存在连续的每个约300nm的凸起，该结构具有优良的超疏油能力（θ十六烷=158o）同时该组讨论了微观结构对超疏油能力的重要性。
V. A. Ganesh, et al. ACS Appl. Mater.Interfaces, 2013, 5, 1527.
（6）自组装法
Yang等利用Pickering乳液的方法制备了草莓状半球Janus颗粒，这些颗粒能够在底物上自主装形成超疏水层，并与底层以化学键的形式键合，因此能提高超疏水层的耐用性。
自然界中其他生物的超疏现象
Soft Matter, 2012, 8, 11217
超疏-自清洁的原理
2.1 超双疏表面的构筑方法
（1）模板法 2002 年，江雷研究组利用多孔氧化铝为模板制备出了聚合物纳米纤维阵列体系。他们首先选择聚丙稀腈(PAN)为前驱体，然后利用模板挤压法得到了阵列 PAN 纳米纤维，制备出的样品表面接触角高达 173.8°。
H. Zhao, et al. Langmuir, 2011, 27, 5927.

神奇的超疏水材料,灵感来自荷叶

神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶荷叶一直以来都是人们心目中的神奇植物，它具有独特的超疏水特性，使得水滴在其表面滚动而不粘附。

这种特性一直以来都吸引着科学家们的注意，他们希望能够从荷叶身上获取灵感，制造出超疏水材料，以解决一系列与水有关的问题。

近年来，科学家们终于成功地利用荷叶的超疏水特性，制造出了一系列神奇的超疏水材料，这些材料不仅可以应用于防水、防污和抗菌领域，还具有广泛的应用前景。

荷叶在水面上的超疏水特性令人惊叹。

一滴水滑落在荷叶表面时，会形成一个完美的水滴，它不会被荷叶吸附，而是会迅速滚动下去，带走表面上的尘埃和杂质，这种特性让荷叶能够保持清洁，不易被污染。

科学家们通过深入研究发现，荷叶表面的这种超疏水特性是由其微观结构所决定的。

荷叶表面覆盖着微小的绒毛，这些绒毛上又长满了微小的蜡状结构，使得水滴在其表面上快速滚落，不被粘附。

这一发现为科学家们提供了宝贵的灵感，他们开始试图利用这种结构制造出超疏水材料。

在科学家们的努力下，终于成功地研发出了一系列超疏水材料，这些材料在表面也拥有与荷叶相似的微观结构，使得其具有与荷叶类似的超疏水特性。

这些超疏水材料可以广泛应用于防水、防污和抗菌领域。

在建筑材料方面，利用超疏水材料可以制造出具有自清洁功能的外墙涂料和玻璃，使得建筑物可以自动清洁，减少维护成本。

在纺织领域，超疏水材料可以用于制造抗水污染和自清洁的服装和鞋子，让人们在雨天也能保持干燥和清洁。

超疏水材料还可以用于制造医疗器械和食品包装材料，具有抗菌和防污染的功能，保障人们的健康安全。

在工业生产中，超疏水材料也发挥着重要的作用。

例如在油污处理方面，利用超疏水材料可以有效地分离出水和油，提高油污处理效率。

超疏水材料还可以用于制造海水淡化膜，提高海水淡化效率。

在航空航天领域，超疏水材料可以应用于飞机表面，减少空气阻力，提高燃料效率。

超疏水材料的应用领域非常广泛，对各行各业都将带来革命性的改变。

除了应用领域的广泛，超疏水材料还具有显著的环保效益。

行走的“红绿灯”——拨水剂的制备

大学化学Univ. Chem. 2022, 37 (5), 2112004 (1 of 8)收稿：2021-12-01；录用：2022-01-06；网络发表：2022-04-15*通讯作者，Email:**********************•化学实验• doi: 10.3866/PKU.DXHX202112004 行走的“红绿灯”——拨水剂的制备孙贝贝*，王阳慧，高申虹绍兴文理学院化学化工学院，浙江绍兴 312000摘要：物体表面的润湿性能与其表面特殊的微观几何结构和理化性能相关，是固体表面一种重要的特征，可用接触角的量化值衡量。

润湿性不仅影响自然界的动植物生命活动，在人类的日常生活中的应用也十分广泛。

本科普实验通过展示自然界中荷叶、水黾等生物的超疏水表面，对超疏水原理进行阐述，以帮助人们了解生活中超疏水材料的由来和发展。

然后，利用溶胶-凝胶法制备超疏水材料，并进行对比实验以展示疏水效果。

最后，我们将基于靛蓝胭脂红变色的“红绿灯”实验在超疏水材料上进行绘画展示，让人们亲身感受化学之美、化学之趣，并以此激发其对化学的兴趣，引发人们对材料科学的探索和思考。

关键词：表面润湿性；超疏水材料；靛蓝胭脂红；科普实验；趣味实验中图分类号：G64；O6Walking “Traffic Light”: Preparation of Superhydrophobic MaterialsBeibei Sun *, Yanghui Wang, Shenhong GaoCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Shaoxing University, Shaoxing 312000, Zhejiang Province, China.Abstract: The wettability of the solid surface is related to its microgeometry and physicochemical properties, which is determined by both the specific micro-geometry structure of the surface and the physicochemical properties of surface chemicals. The wettability is an important feature of the solid surface and can be measured quantitatively by the contact angle. It not only directly affects life activities of both animals and plants in nature, but also plays an important role in both human’s daily life and industrial and agricultural production. The wettability of a solid surface can be measured by the contact angle of water. This popular science experiment discusses the superhydrophobic surface of lotus leaf, water strider and other living things, and expounds the principle of superhydrophobicity, so as to help people understand the origin and development of superhydrophobic materials in life. The superhydrophobic material was prepared by sol-gel method, and its superhydrophobic property was compared with the control surface. Finally, we carried out “traffic light” experiment by employing indigo carmine on the superhydrophobic material for people to feel the beauty and interest of chemistry, so as to stimulate their interest in chemistry, and further lead people to explore and think about the material science.Key Words: Surface wettability; Superhydrophobic material; Indigo carmine; Popular science experiment;Interesting experiment“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，荷花虽然生长在淤泥里，但是它的叶子却几乎永远保持洁净；“苍苍芳草色，含露对青春”，圆滚滚的露珠在芳草上摇摇欲坠，彰显着无限生机；“白毛浮绿水，红掌拨清波”，雁鸭及鹅类动物能够在河面戏水玩耍，得益于其羽毛上特殊的结构。