超疏水材料

超疏水材料

喝酸奶最享受的过程是啥，舔盖啊！不过这个乐趣在15年的9月份，被日本的一家企业终结了，他们发明了一种酸奶不沾盖。运用的是一种超疏水材料

超疏水的研究开始于一句诗句，出淤泥而不染，濯清涟而不妖，为什么荷花会出淤泥而不染呢，就在于荷花表面有一层超疏水材料，使得水流聚股留下，荷叶的这种自清洁现象也叫荷叶效应

结构：目前，我们定义超疏水材料表面稳定接触角要大于150°。

植物叶子表面有许多丛生的放射状微茸毛，该微茸毛尖端极易亲水，入水后能瞬间锁定水分子，使叶片表层到茸毛尖端之间形成了一薄层空气膜，从而避免叶片与水直接接触。

所以超疏水材料特点是疏水层呈现纳米级的凹凸不平，就是比较粗糙。这样可以更大程度的减少水珠和材料表面接触。

性能：超疏水

制备：

制备超疏水材料需要：

1.在疏水材料表面上构建微观结构。

2.是在粗糙表面上修饰低表面能物质。

由于降低表面自由能在技术上容易实现，因此超疏水表面制备技术的关键在于构建合适的表面微细结构。

注：表面能：恒温，恒压，恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功。

例：石块砸碎的过程增大了表面能（石块砸碎的过程相当于创造了一个新的物质表面。

石块破碎需要破坏内部化学键，表面能就是对分子化学键破坏的度量。）

主要制备方法：

1、蒸汽诱导相分离法

2、模板印刷法

3、电纺法

4、溶胶-凝胶法

5、模板挤压法

6、激光和等离子体刻蚀法

7、拉伸法

8、腐蚀法

9、其他方法：电沉积、紫外光照射等

使用性能：

新型超疏水材料的将十分广泛：

室外天线上，可以防积雪；

远洋轮船，可以达到防污、防腐的效果；

石油管道的输送；

用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染；

防水和防污处理。

一次世界机器人建模奥利匹克竞赛上有个选手计划制作在水上行走的蜘蛛，可是失败了，如果加上那个超疏水膜的话，应该能够成功，所以说超疏水材料有着巨大的发展前景。在不久将来肯定会应用于更多的领域。

让“水上飞”成为可能

不论是在水面上滑行、跳跃，还是在池塘里快速飞奔，都既不会划破水面，也不会浸湿腿脚。日前，哈工大专家模拟小型水生昆虫———水黾足肢的优越超疏水性结构，成功研制出一种新型超级浮力材料。据专家介绍，这一发现有助于设计出新型交通工具和防水纺织品，甚至对未来人类的水上行走都可能产生一定影响。

“池塘中的溜冰者”

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，被喻为“池塘中的溜冰者”。它体长约1厘米，在水上具有非凡的浮力：其腿能排开300倍于其身体体积的水量；在水面上每秒可滑行100倍于身体长度的距离，相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。

这种优异的水上特性缘于水黾特殊腿部微纳米结构和水面间形成的“空气垫”，阻碍了水滴的浸润，让它们在水面上得以快速而稳定地行走或奔跑，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。这种绝大多数动物都不具有的超疏水特性成为哈尔滨工业大学科研人员模拟研制新型超级浮力材料的灵感。

攻关神奇的“邮票船”

据了解，传统的超疏水材料所产生的浮力有限，且不能大规模实际应用。2006年，哈工大应用化学系的潘钦敏博士等科研人员开始着手研究这一问题，他们以多孔状铜网为基材，并将其制作成数艘邮票大小的“微型船”，然后通过硝酸银等溶液的浸泡处理，终于研发出了新型超级浮力材料，使其大规模实际应用成为可能。据介绍，该研究可使船表面具备超疏水性，并在其表面形成“空气垫”，改变船与水的接触状态，防止船体表面被水直接打湿，使其在水中运行的阻力更小，速度更快。这种微型船不但可以在水面自由漂浮，且可承载超过自身最大排水量50%以上的重量，甚至在其重载水线以上的部分处于水面以下时也不会沉没。

交通工具“水上飞”

“这项研究可以有效提高交通工具的速度，节省一定能源，有可能引发交通、能源领域的一次革新。”研究人员表示，这种材料可望用于制造具有重要潜在应用前景的水上交通工具，如水上机器人、微型环境监测器、船舶等。由于超疏水结构能大幅度降低材料在水中甚至空气中的运动阻力，该项研究对设计高速水上、水下和空中交通工具也将具有重要参考价值。

发展

存在的问题：

1、成本高。材料的开发涉及较贵的地表面能物质，如含氟或硅烷的化合物

2、制作疏水材料的设备要求高、条件苛刻、周期长

3、由于表面的特殊微结构，导致机械强度差，易被外力破坏，限制了使用

机械强度：材料受外力作用时，单位面积上所能承受的最大负荷。

4、疏水性持久性不强，已被油性物质污染

发展方向：

1、既疏水又疏油的超双疏材料的研究，既要实现通过外部刺激实现表面自由能的切换或开关功能

2、应用领域有待拓展

3、低成本化

4、实用性的加强

附：材料四要素