自愈性超疏水表面的方法及应用进展

自愈性超疏水表面的方法及应用进展

耿敏;董兵海;王世敏;赵丽;万丽;王二静;张艳平

【摘要】In recent years,inspired by the the super-hydrophobic surfaces of the animals and plants in nature, based on the influence of the external environment and taking into account the surface chemical composition and the surface microstructure,the scientific research workers have developed the preparation method of the super-hydrophobic surface and successfully prepared the superhydrophobic surface.But when under chemical erosion or mechanical wear it shows poor durability,resulting in its practical application has been greatly limited.In-spired by the ability of lotus leaves to regenerate their superhydrophobicity against physical damage,the combi-nation of superhydrophobic and self-healing properties may prove an effective means to solve this problem.In this paper,the principle of building self-healing superhydrophobic surface,and its current application and pros-pects the development of superhydrophobic future were mainly introduced.%近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面.但由于其在化学侵蚀或机械性磨损下所表现的较差的耐久性,导致其在实际应用中受到了很大限制.受荷叶对物理损伤的超疏水性的再生能力的启发,超疏水和自愈性的组合可能是解决这一问题的有效手段.主要介绍了构造自愈性超疏水表面的原理,以及其目前的应用情况,并对超疏水未来的发展进行了展望.

【期刊名称】《功能材料》

【年(卷),期】2018(049)006

【总页数】8页(P6049-6056)

【关键词】超疏水;自愈;自清洁:自我再生

【作者】耿敏;董兵海;王世敏;赵丽;万丽;王二静;张艳平

【作者单位】有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉430062;有机化工新材料湖北省协同创新中心,武汉 430062;湖北大学功能材料绿色制备与应用教育部重点实验室,武汉 430062

【正文语种】中文

【中图分类】O647;TB324

0 引言

荷叶和许多其它生物在经过数百万年的演变后表现出了超疏水性这一不寻常的润湿

特性。对荷叶的研究表明，大自然通过将微米级和纳米级分层结构与低表面能材料相结合来实现这一不同寻常的功能。迄今为止，超疏水涂料可以广泛应用于自清洁表面耐腐蚀，防粘和减阻涂层，但人造超疏水涂料的耐久性差，严重妨碍了其实际应用。当暴露于室外环境下，超疏水涂层表面的低表面能材料会在阳光的作用下分解，或被风中的沙砾及动物所破坏，从而导致超疏水性的永久破坏。通常，低表面能材料必须重新沉积以恢复人造超疏水涂层的超疏水性，这不仅不方便且代价昂贵。植物超疏水性被破坏后可通过再生上皮蜡层来再生，这是其众所周知的自愈功能。赋予人造超疏水涂层自愈能力则被认为是解决这些问题有效且长期的一种方式。因此如何赋予超疏水表面以自愈能力，是目前研究超疏水表面的关键之一。本文介绍了自愈性超疏水的基本原理,和在不同方面的应用以及目前的研究进展，并对其未

来的发展进行了展望。

1 自愈性超疏水表面的机理

在自然界，植物能够通过修复自身或增加新结构的能力而将累计损伤和结垢所带来的损害最小化[1-2]。因此，提供具有自愈能力的人造超疏水涂层将是实现其长期

耐久性的最佳策略。最近提出了两种策略制备出具有由温度[3]、水分[6]、UV[7-10](或阳光)[11]和有机溶剂[11]所触发自愈能力的超疏水表面。第一种方法是基

于粗糙纳米多孔材料或胶囊中的疏水组分的储层。当这些组分受到损伤时，疏水

组分迅速向受损表面迁移，以愈合损坏的表面并恢复它们的超疏水性。其次是涂层能像生命体一样通过表面上的地形结构来实现疏水组分的自我再生。

2 制备自愈性超疏水涂层的方法

Sun等[12]报道了首先通过聚(烯丙胺盐酸盐)和磺化的聚电解质复合物的层状(LbL)装配，在其多孔结构中含有氟代烷基硅烷的自愈合超疏水涂层聚(醚醚酮)与聚(丙

烯酸)。一旦顶层被分解或划伤，保留的氟烷基硅烷就向表面移动，以愈合损坏的

表面并恢复它们的超疏水性。此恢复过程可以重复多次而不会降低其超疏水性，