超疏水原理
层层自组装超疏水原理
层层自组装原理
用层层自组装的技术制备超薄膜,以水溶性聚阳离子和聚阴离子在带正电荷的平板基片上的交替沉积为例,（1）将带正电荷的基片先浸入聚阴离子溶液中,静置一段时间后取出,由于静电作用,基片上会吸附一层聚阴离子。
此时,基片表面所带的电荷由于聚阴离子的吸附而变为电负性；（2）洗涤基片表面,去掉以游离态存在基片上的聚阴离子,并将沉积有一层聚阴离子的基片干燥；（3）将上述基片转移至聚阳离子溶液中,基片表面便会吸附一层聚阳离子,表面电荷恢复为电正性；（4）洗涤基片表面,去掉以游离态存在基片上的聚阳离子,并将沉积有一层聚阳离子的基片干燥。
这样便完成了聚阳离子和聚阴离子组装的一个循环。
重复上述操作便可得到多层超薄膜，超薄膜的制备过程可描述如下图：
驱动力：（1）相反电荷间的静电或其他作用力的吸附。
由于阴阳离子间的静电吸附形成离子对,使得游离态的聚电解质能够沉积到底膜上来。
事实上,不仅仅静电力可以作为自组装的沉积驱动力,其他作用力比如氢键等也可以使聚合物有序地组装到一起；
（2）电荷的过渡补偿。
当溶液中的聚电解质沉积到底膜上中和了底膜上相反电荷时,这种沉积现象不会马上停止,而是聚电解质继续沉积到一定程度、底膜上的聚电解质和溶液中聚电解质之间的静电排斥力足够大为止。
此外,由于阴阳离子间强的离子键作用,能够有效地避免聚电解质
在溶液中的解吸附。
超疏水表面的研究进展
政府和相关机构应提供政策支持和资金扶持，以 促进超疏水表面技术的跨学科合作和技术转化。
05
超疏水表面的最新研究动态
高性能超疏水表面的研究
高耐久性超疏水表面
通过优化材料和制备工艺，提高超疏水表面的耐久性，使其在长期使用过程中保 持稳定的超疏水性能。
多功能超疏水表面
除了超疏水性能外，还具备其他功能，如自清洁、防冰冻、抗腐蚀等，以满足更 多实际应用需求。
形成机制
物理机制
超疏水表面的形成依赖于表面微观结构与空气层 的共同作用，使水滴在表面形成球状，易于滚动 和脱离。
化学机制
通过在表面引入低表面能物质，如氟代烃或硅氧 烷，增加表面的疏水性。
表面微观结构
01
粗糙结构
超疏水表面的微观结构具有复杂的粗糙度，能够 捕获和固定大量空气，降低表面能。
02
微纳复合结构
超疏水表面的研究进 展
目录
• 超疏水表面的基本原理 • 超疏水表面的制备方法 • 超疏水表面的应用领域 • 超疏水表面的研究挑战与展望 • 超疏水表面的最新研究动态
01
超疏水表面的基本原理
定义与特性
定义
超疏水表面是指水滴在表面接触角大于150°，滚防污、防冰、自清洁等 特性。
中的问题。
技术成熟度
目前超疏水表面技术尚未完全成 熟，需要进一步的研究和优化以
提高其性能和稳定性。
跨学科合作与技术转化问题
1 2 3
知识交流与共享
跨学科合作需要不同领域的专家进行深入的知识 交流与共享，以促进超疏水表面技术的创新和发 展。
技术转化效率
将实验室研究成果转化为实际应用需要高效的转 化机制和技术支持，以确保技术的可行性和可持 续性。
超疏水材料的原理及应用
超疏水材料的原理及应用超疏水材料又称为超润湿材料，是一种具有极强润湿性的材料，其原理是利用表面微纳结构设计和涂层技术，在材料表面形成特殊的结构，使液体无法在其表面附着，以实现液体无法渗透的效果。
超疏水材料具有许多独特的性质和广泛的应用，如液体滴落性能、自清洁性、低摩擦性等，因此在各个领域具有广阔的应用前景。
超疏水材料的原理主要包括表面微纳结构和液-固界面特性两个方面。
通过表面微纳结构的设计，可以使液体滴在材料表面时形成球状并迅速滚落，从而达到抗液体渗透的效果。
同时，材料表面微纳结构的形态也可以改变液-固界面的接触角，使得液体滴状物在材料表面上保持球状滚动，阻止液体与材料表面之间的接触，从而实现超疏水效果。
超疏水材料的制备方法主要包括自组装法、电化学法、激光加工法、模板法等。
其中，自组装是一种较为常见的制备方法，通过调节材料的成分和工艺参数，可以控制材料表面的微纳结构形态，实现超疏水效果。
此外，涂层技术也是制备超疏水材料的常用方法之一，通过在材料表面涂覆一层特殊的涂层，可以改变材料表面的液-固界面特性，从而实现超疏水效果。
超疏水材料具有广泛的应用前景。
首先，在防污和自清洁方面，超疏水材料可以阻止污垢和液体的黏附，使表面易于清洁。
例如，在建筑材料方面，超疏水涂料可以延长建筑物的使用寿命，减少清洗和维护成本。
其次，在油污分离方面，超疏水材料可以将油和水分离，实现资源的回收和利用。
例如，在环境污染处理方面，超疏水材料可以用于水油分离、油污吸附等领域，起到净化环境的作用。
此外，超疏水材料还可以在光学、电子、航空航天等领域中发挥作用。
在光学方面，超疏水材料可以应用于抗反射涂层、光学薄膜等领域，提高光学元件的性能。
在航空航天方面，超疏水材料可以应用于飞机机翼和风挡等部位，减少飞行中的气动阻力和气溶胶沾染。
总之，超疏水材料基于表面微纳结构和液-固界面特性的设计和制备，实现了抗液体渗透和自清洁等特性，具有广阔的应用前景。
超疏水在防冰领域的应用_概述说明以及解释
超疏水在防冰领域的应用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在寒冷的冬季或低温环境下，结冰是许多领域面临的常见问题，如航空航天、建筑工程和汽车交通等。
结冰会导致设备故障、交通拥堵甚至危及人员安全。
因此，开发出一种高效可靠的防冰技术对于解决这些问题具有重要意义。
超疏水表面作为一种新兴的防冰材料，在近年来引起了广泛关注。
超疏水材料具有特殊的表面性质，能够迅速排除液体并减少固体与液体之间的接触面积，从而使水滴无法在其上停留或凝聚。
这种表面具有自清洁、抗污染和耐用性等显著特点，并表现出优异的防冰性能。
1.2 文章结构本文将围绕超疏水材料在防冰领域的应用展开探讨。
首先，我们将介绍超疏水的基本原理，包括其定义、特点以及制备方法。
然后，我们将详细探讨超疏水表面在防冰领域中的优势和应用案例，涵盖航空航天、建筑工程和汽车交通等不同领域。
接着，我们将重点分析超疏水技术面临的挑战与问题，包括温度、湿度对超疏水性能的影响以及使用寿命和环境友好性等方面。
最后，在结论部分，我们将总结超疏水技术在防冰领域的应用现状，并提出未来研究和发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍超疏水材料在防冰领域中的应用概况，并深入探讨其基本原理、制备方法以及存在的挑战与问题。
通过对超疏水技术的剖析，希望能够增加人们对该技术的了解并促进其在实际应用中的推广和发展。
相信这将为解决结冰问题提供新思路，并为相关领域未来发展提供参考依据。
2. 超疏水的基本原理:超疏水表面的定义与特点:超疏水表面是指具有极高接触角（通常大于150度）的表面，也被称为“莲叶效应”表面。
在超疏水表面上，液滴会形成近乎球形，并迅速滑落而不附着于表面，几乎不留下任何液滴残留。
这种特殊性质使得液体在其上方能够呈现出高度的流动性，使其对冰和水的附着与积聚能力几乎为零。
超疏水表面的制备方法:目前，主要有以下几种方法来制备具有超疏水性能的表面：1. 微纳米结构改变：通过在材料表面引入微纳米级别的结构改变，例如将材料进行刻蚀、纳米苇结构设计等等，从而增加其物理特性和化学反应活性。
溶胶凝胶法制备超疏水材料的原理
溶胶凝胶法制备超疏水材料的原理哎呀，你知道吗？科学家们就像是魔术师一样，他们用一种叫做“溶胶凝胶法”的神奇手法，把普通的水和化学试剂变成超酷的超疏水材料。
这个魔法是怎么做到的呢？让我来给你娓娓道来！首先得说说这个“溶胶凝胶法”，它就像是种下一颗种子，然后等待它慢慢长大，长成一棵参天大树。
在这个故事里，我们种的是一种特殊的溶液，这种溶液里面有很多小颗粒，它们像星星一样闪闪发光。
这些小颗粒就是我们说的“前驱体”，而它们之间的那些看不见的小通道，就是“网络结构”。
接下来，我们要给这棵“大树”浇水施肥，让它快快成长。
这个过程就像是我们在实验中加入化学试剂，让溶液里的小颗粒们开始“团聚”，形成更加紧密的结构。
这个过程中，有些“树枝”会长得特别快，因为它们得到了更多的养分，所以它们就长得特别高，就像树冠一样。
我们要给这颗神奇的“大树”穿上一层特别的外衣，让它变得超级防水。
这个外衣就是我们说的“表面涂层”，它就像是给大树穿上了一件雨衣，让雨水都淋不到它。
这样一来，我们的超疏水材料就有了一个超级厉害的技能——超级防水！想象一下，如果你走在雨里，突然被一阵大风吹来，你的衣服全都湿透了。
但是，如果你穿着这件超疏水的外套，那雨水就淋不湿你了，就像被一把大伞遮住了一样。
这就是溶胶凝胶法给我们的超疏水材料带来的魔力。
现在你知道了溶胶凝胶法是怎么制作超疏水材料的了吧？是不是觉得这个过程就像是一场魔法秀呢？其实，科学家们就是在用这样的魔法，让我们的生活变得更加美好。
好啦，今天的科普就到这里啦。
如果你对溶胶凝胶法还有任何疑问，记得来找我哦！我可是个超级懂科学的小能手，一定可以帮你解答疑惑。
别忘了点赞关注哦，下次见！。
超疏水原理的自清洁表面
• 1.3.1 开发简单经济、环境友好的制备方法 • 1.3.2 提高超疏水表面的强度和持久性 • 1.3.3 开发超双疏表面
超疏水自清洁涂层虽已有工业化应用，但是超 疏水性能的稳定性和持久性还有待提高，特别是耐 水压冲击性能还有待研究，以防止经暴雨冲刷后破 坏表面结构（如将微尘嵌入微纳坑内），降低超疏 水性能。另外，现有的超疏水涂层功能比较单一， 如果能在其中掺杂其它功能性粒子，则可大大扩 大超疏水涂层的应用范围。
超疏水原理的自清洁表面
研究进展
1.1超疏水表面 自清洁原理
荷 叶 效 应
用十七氟癸基三甲氧基硅烷 改性过的纳米碳酸钙与聚乙烯溶 液混合涂覆于玻璃表面制得超疏 水涂层，接触角可达到155°，同 时研究了该表面的抗灰尘性能,发 现该超疏水表面具有很好的抗灰 尘能力，当黑烟末粉体粘在表面 时很容易被水滴带走。
Thank
You!
超 疏 水 表 面 自 清 洁 原 理 示 意 图
超 疏 水 表 面 自 清 洁 过 程 图
1.2 常见超疏水表面制备现状
1.2.1 超疏水薄膜
a.以多孔氧化铝为模板，以聚丙烯腈 为前体，利用模板挤压法得到阵列聚丙 烯腈纳米纤维膜，与水的接触角（CA） 达173°，将该阵列聚丙烯腈纳米纤维 膜进行热解处理，得到了在全pH 值范 围内具有超疏水性的纳米结构碳膜；以 微米- 亚微米- 纳米复合结构的聚二甲基 硅氧烷（PDMS）为软模板[8]，制备聚 苯乙烯（PS）超疏水表面，该表面与水 的接触角高达161.2°。 b.以廉价的聚苯乙烯为原料，采用一 种简单的可控电纺技术，制备出具有新 颖结构的超疏水薄膜。
1.2.3 超疏水金属表面
采用位错刻蚀剂对铝、铜、 锌基体表面进行化学刻蚀，然 后用氟烷基硅烷对刻蚀后的表 面进行疏水化处理得到接触角 大于150°的超疏水金属表面。
超疏水表面仿生原型制备技术研究分析
超疏水表面仿生原型制备技术研究分析一、超疏水表面的原理和特性超疏水表面是指表面上具有极高的接触角，通常大于150°，同时具有极低的滚动角，通常小于10°的一类特殊表面。
这种表面具有“莲叶效应”，水滴在其表面上会形成近似球形的形态，因此也被称为“莲叶效应”表面。
超疏水表面的主要特性包括低表面能、微纳结构和化学成分复杂等。
超疏水表面在许多领域具有广泛的应用前景，例如自清洁表面、防冰、防腐、微液滴传输等。
1. 硅基超疏水表面制备技术硅基超疏水表面制备技术主要是利用硅基材料的化学特性和微纳米结构来实现超疏水。
常用的制备方法包括溅射沉积、刻蚀和溶胶-凝胶法等。
通过这些方法可以在硅基材料表面构筑微纳米结构，从而实现超疏水表面的制备。
硅基超疏水表面具有良好的化学稳定性和机械稳定性，在自清洁、防腐蚀、防水和油、污染物阻隔等方面具有广泛的应用前景。
目前，超疏水表面制备技术已经取得了一系列成果，但仍然存在一些问题和挑战需要解决。
在制备过程中需要考虑表面微纳米结构的稳定性和耐久性，尤其是在复杂的环境条件下，这对制备技术的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
超疏水表面的制备成本较高，需要考虑降低制备成本和提高制备效率的问题。
超疏水表面的应用领域和范围还需要进一步拓展和完善，需要更多的交叉学科和跨领域的合作研究。
超疏水表面的环境友好性和可持续性也需要引起足够的重视，需要考虑如何降低对环境的影响和提高资源的利用率。
超疏水表面是一个具有很高应用潜力的研究领域，随着材料科学、表面科学和纳米科技等领域的不断发展，相信超疏水表面制备技术会迎来更大的突破和进展，为人类社会的可持续发展和进步做出更大的贡献。
希望通过本文对超疏水表面仿生原型制备技术的研究分析，能够为相关领域的研究者和工程师提供一定的参考和帮助，推动超疏水表面制备技术的进一步发展和应用。
超疏水现象及应用 PPT
2014/3/28
14
• McCarthy等在聚四氟乙烯 ( PTFE)存在下 , 用射频等离子体刻蚀聚丙烯
( PP)制备出粗糙表面。表面与水的前进角 /后退角可达 θA /θR =
172°/169°。
利用射频等离子体刻蚀法在不同刻蚀时间得到的聚丙烯扫描电子形貌图: ( a) 0 min, ( b) 30 min, ( c) 60 min, ( d) 90 min,( e) 120 min, ( f) 180 min
化学气相沉 积法
11
1、模 板 法
➢模板法也称复制模塑法,自20世纪90 年代提出以来差 不多得到了广泛应用。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 ,有时也可采纳溶液) 复制出荷叶等超疏水
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,因此液滴可不能自动扩
展,而保持其球体状,这就是荷叶表面具有超疏水性的原因
2014/所3/28在 。
8
2014/3/28
9
超疏水表面的制备
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。
2014/3/28
10
超疏水表面的制备 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。
模板法
等离子体 法 化学气相 沉积法
超疏水的制备原理
超疏水的制备原理
超疏水的制备原理基于两个主要因素：物理结构和表面化学性质。
1. 物理结构：超疏水材料通常具有特殊的微纳米结构。
这种结构可以通过自组装、模板法、溶剂挥发法等多种方法制备。
这些结构通常包括微米级的微柱、微球、微刺等特殊形状，或者由纳米级的纳米棱柱、纳米球、纳米刺等构成。
这些微纳米结构可以使得液体在表面上形成高度凹凸不平的几何特征，从而降低液体与固体表面之间的接触面积，减少液体在表面上滞留的可能性，进而实现超疏水的性质。
2. 表面化学性质：超疏水材料的表面通常具有低表面能和高界面能的特点。
表面低表面能是指材料表面对液体表面具有弱吸附性，即液体的表面张力会使液滴往上升的方向“滚落”下去。
而高界面能是指材料表面对液体表面有较强的反应性，即液滴在接触到超疏水材料表面时发生变形、渗透或反应的能力有限。
这种表面化学性质常常可以通过表面改性来实现，如使用特定的化学处理方法或将特定的化合物涂覆在材料表面上。
综上所述，超疏水的制备原理在于通过物理结构和表面化学性质的设计和调控，使得材料表面具有特殊的微纳米结构和适当的表面化学性质，从而实现材料对液体的高度抗湿润和自洁性质。
超疏水原理
超疏水原理
超疏水原理是指一种特殊的表面现象，即当某些表面接触水时，水滴会迅速减小并滚动，甚至完全滚落。
这种现象源于表面微观结构的特殊性质，使得水分子无法在其上停留，从而表现出极强的疏水性。
超疏水原理在许多领域都具有重要的应用价值，例如防水材料、防污涂层、微流体控制等方面。
超疏水表面的微观结构通常具有特殊的形貌，例如微米级的凹凸结构或纳米级的纳米柱结构。
这些结构使得表面具有极低的接触角，使得水滴接触表面时无法充分展开，从而迅速减小并滚动。
此外，超疏水表面还可能通过化学方法对表面进行处理，使得表面具有特殊的化学性质，进一步增强其疏水性能。
超疏水原理在实际应用中具有广泛的应用价值。
例如，在纺织品上应用超疏水原理可以制备出防水透气的功能性面料，使得衣物在保持透气性的同时具有较好的防水性能。
在建筑材料上应用超疏水原理可以制备出自清洁、防污染的涂层，使得建筑物能够长期保持清洁和美观。
在微流体控制领域，超疏水原理可以用于制备微流体通道，实现微流体的快速传输和控制。
此外，超疏水原理还在生物医学领域具有重要的应用。
例如，可以利用超疏水原理制备出具有抗菌性能的医用材料，用于制备医用器械和医用包扎材料。
另外，超疏水原理还可以用于制备出具有自清洁性能的医疗设备表面，减少交叉感染的风险。
总之，超疏水原理是一种重要的表面现象，具有广泛的应用前景。
通过对超疏水原理的深入研究和理解，可以为材料科学、化学工程、生物医学等领域的发展提供重要的支持和推动。
相信随着科学技术的不断进步，超疏水原理必将在更多领域展现出其重要的应用价值。
荷叶效应——超疏水性原理
荷叶效应——超疏⽔性原理荷叶效应——超疏⽔性原理尽管⼈们很早就知道荷叶表⾯“⾃清洁”效应，但是⼀直⽆法了解荷叶表⾯的秘密。
直到20世纪90年代，德国的两个科学家⾸先⽤扫描电⼦显微镜观察了荷叶表⾯的微观结构，认为“⾃清洁”效应是由荷叶表⾯上的微⽶级乳突以及表⾯蜡状物共同引起的。
其后江雷等⼈对荷叶表⾯微⽶结构进⾏深⼊分析，发现荷叶表⾯乳突上还存在纳⽶结构，这种微⽶与纳⽶结构同时存在的⼆元结构才是引起荷叶表⾯“⾃清洁”的根本原因。
为什么这样的“粗糙”表⾯能产⽣超疏⽔性呢？对于⼀个疏⽔性的固体表⾯来说，当表⾯有微⼩突起的时候，有⼀些空⽓会被“关到”⽔与固体表⾯之间，导致⽔珠⼤部分与空⽓接触，与固体直接接触⾯积反⽽⼤⼤减⼩。
由于⽔的表⾯张⼒作⽤使⽔滴在这种粗糙表⾯的形状接近于球形，其接触⾓可达150度以上，并且⽔珠可以很⾃由地在表⾯滚动。
即使表⾯上有了⼀些脏的东西，也会被滚动的⽔珠带⾛，这样表⾯就具有了“⾃清洁”的能⼒。
这种接触⾓⼤于150度的表⾯就被称为“超疏⽔表⾯”，⽽⼀般疏⽔表⾯的接触⾓仅⼤于90度。
⾃然界⾥具有“⾃清洁”能⼒的植物除了荷叶之外，还有⽔稻、芋头之类的植物以及鸟类的⽻⽑。
这种“⾃清洁”效应除了保持表⾯的清洁外，对于防⽌病原体的⼊侵还有特别的意义。
因为即使有病原体到了叶⾯上，⼀沾⽔也就被冲⾛了。
所以象荷花这样的植物即使⽣长在很“脏”的环境中也不容易⽣病，很重要的原因就是这种⾃清洁能⼒。
超疏⽔表⾯制备⽅法⼈们知道荷叶⾃清洁效应已经很多年了，但是很长的时间内却⽆法做出荷叶那样的表⾯来。
通过对⾃然界中典型的超疏⽔性表⾯——荷叶的研究发现，在低表⾯能的固体表⾯构建具有特殊⼏何形状的粗糙结构对超疏⽔性起重要的作⽤。
基于这些原理，科学家们就开始模仿这种表⾯。
现在，关于超疏⽔粗糙表⾯的研制已有相当多的报道。
⼀般来说, 超疏⽔性表⾯可以通过两种⽅法来制备：⼀种是在疏⽔材料表⾯上构建粗糙结构；另⼀种是在粗糙表⾯上修饰低表⾯能的物质。
超疏水的基本原理
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。
超疏水材料的原理
超疏水材料的原理
超疏水材料是一种具有特殊表面结构的材料，能够在接触水时使水滚动成水珠并快速从表面滑落，从而实现极强的防水性能。
其原理主要是基于两个因素：一是表面微结构；二是化学结构。
在表面微结构方面，超疏水材料通常采用了纳米或微米级别的微凸起或凹陷结构，例如在莲叶表面上就有许多微小的凸起，这些凸起可以显著减少表面与水的接触面积，从而减少了水分子与材料表面的相互作用力，使得水能够在表面上形成水珠。
同时，这些微凸起还能够形成一种微小的空气层，使水珠与材料表面保持一定距离，进一步减少了水与材料表面之间的接触。
在化学结构方面，超疏水材料通常使用低表面能的化学材料，如氟化物、硅烷等。
这些化学材料具有很低的表面能，水分子与其相互作用力极小，能够形成一种类似于涂有油漆的表面，使水分子无法粘附在表面上，从而实现超疏水性能。
总之，超疏水材料的原理是通过表面微结构和化学结构的优化来减少水分子与表面的相互作用力，使水能够形成水珠并快速从表面滑落，从而实现防水性能。
- 1 -。
神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍水滴待我如初恋
神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！神奇的超疏水材料：我虐水滴千百遍，水滴待我如初恋！一盆水泼向一块金属板，水珠像钢珠一样滚落，金属板仍然干爽；一只船桨浸入水缸，拿出来竟然未带出一滴水珠，就像是从没放进去过一样；一杯水倒在一块经过特殊处理的玻璃板上，水紧紧靠在中央“不越雷池半步”，即使用手搅出来一两滴也立即跑回去……这些违背我们肉眼“常识”的现象，就是“超疏水材料”捣的鬼。
这种通过改变材料的表面自由能和表面粗糙度获得的新型材料，灵感来自于自然界中的荷叶。
由于其防水、防腐蚀、抗菌的特殊效果，如今已经成为国际热门的研究领域，可以在环保、工业、医疗等各种你想象不到的领域大展身手。
一、超疏水简介超疏水技术是一种具有特殊表面性质的新型技术，具有防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。
超疏水技术对于建筑工业、汽车工业、金属行业等的防腐防锈及防污也很有现实意义。
特别是近年来的微电子系统、光电子元器件及纳米科技等高新技术的高速发展，给超疏水涂层的研究和应用于勃勃生机。
超疏水材料的研究以诗句“出淤泥而不染，灌清涟而不妖”为契机，以科学的手段向我们解释这一奇特的自然现象，荷花表面覆盖的天然超疏水薄膜，使得水滴聚集成股，顺势流下，冲刷着荷叶表面的淤泥，营造了出淤泥而不染的状态。
因此荷叶在雨后会变得一尘不染，这种现象在生活中很常见，我们称之为“荷叶效应”。
二、超疏水现象荷叶效应--超疏水性原理为什么“粗糙”表面能产生超疏水性呢?对于一个疏水性的固体表面来说，当表面有微小突起的时候，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积反而大大减小。
由于水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150度以上，并且水珠可以很自由地在表面滚动。
即使表面上有了一些脏的东西，也会被滚动的水珠带走，这样表面就具有了“自清洁”的能力。
超疏水原理
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
超疏水表面的原理及应用
超疏水表面的原理及应用摘要：超疏水表面有着广泛的应用前景，比如在减阻、润滑等方面。
本文主要介绍了超疏水表面的基本理论和相关制备方法，以及它的两种影响因素和相关研究进展，并在此基础上归纳总结了超疏水表面应用的一些优缺点。
关键词：超疏水表面、润湿性、微/纳米结构、防冰冻、减阻超疏水表面的基本原理1. 自然界中有很多动植物的表面具有超疏水的性质，例如玫瑰和荷叶。
仿照生物表面的微观结构，人们开始关注仿生材料。
通过对这些生物的研究，人们对于超疏水表面的认识更加深入，新技术在生活中的应用更加广泛。
1.1超疏水表面的基本理论当液体与固体接触时，液体沿固体表面扩展的现象称为液体与固体的浸润现象。
在气体、液体、固体三相的交界处作液体表面与固体表面的切线，则此切线所构成的液体内部的夹角θ即为接触角。
液滴在斜面上时，随着斜面倾斜角的增大，液滴开始滚动的临界角则定义为滚动角。
在理想固体表面上，接触角由三相的表面张力决定，并满足Young’s[1]方程：cosθ=(γsg-γsl)/γlgγsg、γsl 、γlg分别为固-气、固-液、气-液间的表面张力。
由于真实固体表面并非理想固体的光滑表面，故必须还要考虑表面的粗糙度。
提出相关的较为成熟的基本理论有Cassie状态及Wenzel状态等。
Cassi研究了组成不均一的固体表面对液滴浸润性的影响[2]。
在Cassie理论中，水滴未进入固体表面粗糙的微孔，从而形成水滴与空气膜界面。
Cassie方程为：cosθc=f1cosθ1+f2cosθ2θc为表观接触角，θ1、θ2分别为液-气、固-气的接触角，f1和f2为液体、固体表面和空气接触的比例。
而Wenzel[3]理论则描述了水滴完全湿润固体表面，与固体不存在空气膜的情况。
Wenzel提出的接触角方程为：cosθw=r（γsg-γsl）/γlg=r cosθ其中r为表面粗糙因子。
当接触角小于90°时，表面为亲水性表面；当接触角大于90°时，表面为疏水性表面；当接触角大于150°，且滚动角小于10°时，表面称为超疏水表面。
超疏水的原理及应用
超疏水的原理及应用一、超疏水的定义超疏水是指具有非常高的液体接触角，即水珠在其表面上能够形成非常接近于180度的接触角度。
超疏水表面具有很高的疏水性，水滴在其表面上无法附着，会形成稳定的球状。
二、超疏水的原理超疏水的原理基于表面微纳结构的设计。
通过在材料表面引入特定的微米或纳米结构，可以改变材料表面的特性，从而实现超疏水效果。
以下是超疏水的两种常见原理：1. 微纳结构原理超疏水表面通常包含许多微米或纳米级的凸起结构。
这些结构可以使水滴在表面上保持悬浮状态，而不与表面产生直接接触。
这种微纳结构能够降低液体在表面上的接触面积，减小表面对液体的吸附力，使水滴迅速脱离表面。
2. 化学剂原理在超疏水表面上，结合微纳结构，还可以使用化学剂改变表面性质，增加疏水性。
这些化学剂可以使水滴在表面上形成球状，从而减少液滴与表面的接触面积和粘附力。
常用的化学剂包括疏水涂层、聚合物以及草酸盐等。
三、超疏水的应用超疏水材料具有许多实际应用的潜力，以下列举了一些主要的应用领域：1. 防污涂层超疏水材料可以用于制造防污涂层，使污垢无法附着在表面上。
这种涂层广泛应用于建筑、船舶、汽车和飞机等领域，可以降低清洁成本，提高表面的耐久性。
2. 自清洁材料超疏水的材料可以让水滴自行滚落，并夹带表面上的污垢一起滚落，实现自清洁作用。
这种材料可以应用于窗户、镜子、屏幕等产品上，减少了清洁的频率和成本。
3. 防冰涂层超疏水材料可以用于防冰涂层的制造。
在低温环境下，水滴无法在超疏水表面上凝结成冰。
这种材料可用于飞机表面、导航标志和建筑物等，提高安全性和效率。
4. 微流体控制超疏水材料与微体系结合，可以用于微流体控制。
通过调整微纳结构和表面化学性质，可以实现微流体的分离、混合和传输等操作。
这种技术对于生物医学、化学分析和微芯片等领域具有重要意义。
5. 油水分离超疏水材料可以用于油水分离的场合。
通过超疏水表面的特性，可以使油滴在水上浮起，实现油水分离的目的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超疏水表面：接触角θ>150°,滚动角θ<10°的表 面
精品课件
Wenzel方程
Wenzel 发现表面的粗糙结构可增强表面的浸润性 ,认为这是由于粗糙表面上的固液实际接触面积大于表观 接触面积的缘故。可用 表面粗糙因子（r）衡量,其值为 表面的实际面积与几何投影面积之比。
精品课件
精品课件
精品课件
精品课件
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
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：
精品课件
当θ> 90°时表现为疏水性 θ<90°时表现为亲水性
精品课件
退角(θr ) , • 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
精品课件
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
超疏水涂层导读
辛辉 金桃燕
精品课件
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
精品课件
超疏水现象
精品课件
Байду номын сангаас
精品课件
超疏水表面基本理论
精品课件
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
倾斜角为滚动角( sliding angle
, SA)α
精品课件
精品课件
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。
精品课件
Wenzel方程和Cassie方程的适用性
• Wenzel方程和Cassie 方程不适用于宏观尺度组成 不均一的表面，也不适用与化学成分不均一的表 面
精品课件
接触角滞后
向某一固体表面上已达平衡的水滴 通过加水或抽水的方式来使接触角 增大或减小, • 定义接触线开始前移时的临界接触
角为前进角(θa ) , • 而接触线收缩时的临界接触角为后
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
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。