超疏水材料ppt课件
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超疏水材料 ppt课件
二、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
溶胶—凝胶法
模板挤压法就是使用孔径接近 纳米级的多孔氧化铝膜作为模板 , 将溶解于溶剂的高分子滴于其上 , 干燥后得到超疏水表面。通过模 板挤压法用有机硅超分子材料制 备了超疏水表面 , 接触角可以达 到165 ° 。这可能是由于有机硅 分子在纳米结构上发生重排 , 使 得疏水基团向外 , 亲水基团向内 并形成分子间氢键 , 体系表面能 降低造成的。
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超疏水材料
超疏水材料ຫໍສະໝຸດ 精品资料你怎么称呼老师？ 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你是
否会认为老师的教学方法需要改进？ 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
教师的教鞭 “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……” “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
目录
荷叶效应——超疏水性原理
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。
模板挤压法效果好、 工艺较 简单 , 但如何获得价格便宜、 尺 寸大并且性能可靠的模板是关键 。
超疏水原理ppt课件
角为滚动角( sliding angle , SA)α
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18
精品课件
19
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。
为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比14cassie方程cassie发展了wenzel理论假定水不空气的接触角为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c15cassie方程为水不固体接触的面积不水滴在固体表面接触的总面积之比
与几何投影面积之比
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12
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
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13பைடு நூலகம்
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
14
Cassie方程
超疏水涂层导读
辛辉 金桃燕
精品课件
1
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
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2
超疏水现象
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3
精品课件
4
超疏水表面基本理论
精品课件
5
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
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18
精品课件
19
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。
为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比为表面粗糙因子其值为表面的实际面积不几何投影面积之比14cassie方程cassie发展了wenzel理论假定水不空气的接触角为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c15cassie方程为水不固体接触的面积不水滴在固体表面接触的总面积之比
与几何投影面积之比
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12
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
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13பைடு நூலகம்
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
14
Cassie方程
超疏水涂层导读
辛辉 金桃燕
精品课件
1
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
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2
超疏水现象
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3
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4
超疏水表面基本理论
精品课件
5
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
超疏水材料28页PPT
1、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
超疏水材料的加工PPT课件
第11页/共24页
超疏水材料的制备方法
聚苯乙烯 Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层
( PS)纳米珠阵列 ,再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到粗糙 表面 (图 18)。在其表面覆盖 20 nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)进行修饰可以增 强其疏水性。通过调整 PS纳米珠的直径 (440～190 nm)可以控制表面接触角的 大小 (132° ～168° )。
第15页/共24页
超疏水材料的制备方法
江雷等以聚苯乙烯 ( PS)为原料 ,制备了一种具有新颖的多孔微球与纳米纤维 复合结构的超疏水薄膜，其中多孔微球对薄膜的超疏水性起主要作用 , 而纳米纤 维则交织成一个三维的网络骨架 ,“ 捆绑 ” 住多孔微球 , 增强了薄膜的稳定性。
利用电纺技术得到的复合结构 PS薄膜: ( a～c) SEM图 , ( d) 水滴的形貌图第1(6接页触/共角24为页160.4° )
14超疏水材料的制备方法江雷等利用化学气相沉积法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
目录
1.
研究水凝胶的目的
2.
目前国内外研究现状
3.
目前研究内容
4
现阶段研究进展
第18页/共24页
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： ▲ 沙漠集水； ▲ 远洋轮船船底涂料，可以达到防污、 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； ▲ 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； ▲ ………
超疏水材料的制备方法
聚苯乙烯 Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层
( PS)纳米珠阵列 ,再用氧等离子体处理以进一步减小纳米珠的尺寸从而得到粗糙 表面 (图 18)。在其表面覆盖 20 nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)进行修饰可以增 强其疏水性。通过调整 PS纳米珠的直径 (440～190 nm)可以控制表面接触角的 大小 (132° ～168° )。
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超疏水材料的制备方法
江雷等以聚苯乙烯 ( PS)为原料 ,制备了一种具有新颖的多孔微球与纳米纤维 复合结构的超疏水薄膜，其中多孔微球对薄膜的超疏水性起主要作用 , 而纳米纤 维则交织成一个三维的网络骨架 ,“ 捆绑 ” 住多孔微球 , 增强了薄膜的稳定性。
利用电纺技术得到的复合结构 PS薄膜: ( a～c) SEM图 , ( d) 水滴的形貌图第1(6接页触/共角24为页160.4° )
14超疏水材料的制备方法江雷等利用化学气相沉积法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
目录
1.
研究水凝胶的目的
2.
目前国内外研究现状
3.
目前研究内容
4
现阶段研究进展
第18页/共24页
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： ▲ 沙漠集水； ▲ 远洋轮船船底涂料，可以达到防污、 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； ▲ 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； ▲ ………
超疏水材料研究进展PPT
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
生物质超疏水材料在长期使用过程中，其疏水性能能够保持稳定，不易退化。
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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添加标题
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
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
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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
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
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
超疏水材料PPT幻灯片课件
面的疏（亲）水性能
14
超疏水表面的制备
一种是在粗 糙表面修饰 低表面能物
质
制备原理
一种是将疏 水材料构筑 粗糙表面
15
超疏水表面（材料）制备方法
16
1、模板法
模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经 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。
24
25
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： 沙漠集水 远洋轮船传递涂料，可以达到防污、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； 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
γSV = γSL + γLV×cosθe γSV γSL γLV分别为顾气、固液、液气间的
液面张力
10
由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表 面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论
11
Wenzel模型
Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何 上观察到的面积，从而对亲（疏）水性产生了增强的作用。
待解决问题；机械稳定性问题、老化问题、成本、制备 工艺，工业化、产业化、商业化，以及更深层次的理论 研究。
33
谢谢！
34
17
模板法
18
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。
14
超疏水表面的制备
一种是在粗 糙表面修饰 低表面能物
质
制备原理
一种是将疏 水材料构筑 粗糙表面
15
超疏水表面（材料）制备方法
16
1、模板法
模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经 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。
24
25
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： 沙漠集水 远洋轮船传递涂料，可以达到防污、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； 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
γSV = γSL + γLV×cosθe γSV γSL γLV分别为顾气、固液、液气间的
液面张力
10
由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表 面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论
11
Wenzel模型
Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何 上观察到的面积，从而对亲（疏）水性产生了增强的作用。
待解决问题；机械稳定性问题、老化问题、成本、制备 工艺，工业化、产业化、商业化，以及更深层次的理论 研究。
33
谢谢！
34
17
模板法
18
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。
超疏水进展及其介绍ppt
1.2 影响表面浸润性的因素 表面微细结构：Wenzel模型和Cassie模型 影响因素
表面自由能：化学结构、组成
1.2.1 表面微细结构的影响
(1)
Wenzel模型
现象：表面的粗糙结构可增强表 面的浸润性。
Wenzel理论：粗糙表面上的固 液实际接触面积大于表观接 触面积，于是增加了疏水性 或者亲水性。
三表面液珠状态比较图
当基底倾斜后，(c)图可以滑落，(a)(b)图不能滑落，因为上坡面的 接触角还未达到临界后退角。 真正意义上的超疏水表面，应该具有较大的静接触角和较小的滚动角， 其中静接触角通常要求大于150°，滚动角小于10°
假设在某一个粗糙表面上，水滴的接触线移动一个微小的距离dx，则整 个体系的表面能变化dE表示为：
cos H c A1 cos H1 A2 cos H 2
式中Hc为复合表面的表观接触角， H1和H2分别为各组分的本征接触角， A是构成表面各组分的重量分数，A1+A2=1。 此模型可以很好的解释Wenzel模型不能解释的超疏水表面的性能表现。 但不适用于宏观尺度组成不均一的表面。
(3)光滑表面的局限性 ① 对一个表面如果仅仅采用化学方法处理，通常仅能使接触角增加到120° ②对于超疏水的自清洁表面，水珠滚落的去污能力比滑落强，而倾斜的光滑表面水 珠多处于滑动状态，见下图。
2.5 电纺技术 典型应用：Rutledge等用电纺技术制得PS和PS-bPDMS的共混物纤维，如右图。由于PDMS表面能低且 与PS的相容性很差，共混物在纺丝过程中发生相分离 且PDMS向表面富集。电纺得到的混合聚合物无纺布 表面自身所具有的粗糙度及PDMS的富集共同作用， 是接触角达到163°。 电纺法制备的超疏水无纺布的典型形貌
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5
不同表面水滴接触界面状态
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
7
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，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。 8
✓ γSV = γSL + γLV×cosθe γSV γSL γLV分别为顾气、固液、液气间的
液面张力
10
✓ 由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表 面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论
✓
11
Wenzel模型
✓ Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何 上观察到的面积，从而对亲（疏）水性产生了增强的作用。
面的疏（亲）水性能
14
超疏水表面的制备
一种是在粗 糙表面修饰 低表面能物
质
制备原理
✓ 一种是将疏 水材料构筑 粗糙表面
15
超疏水表面（材料）制备方法
16
1、模板法
✓ 模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经 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。
12
Cassie模型
✓ Cassie模型：气垫模型（由空气和固体组成的固体界面）
13
超疏水表面的形成原因
✓ 固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定： ✓ 化学组成结构是内因： ✓ 低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果，
研究表明，光滑固体表面接触角最大为120°左右。 ✓ 表面几何结构有重要影响： ✓ 具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表
19
20
21
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。
✓ 特点：该方法成本较高，一般用于一些特殊材料的制备 。
22
4.静电纺丝法
✓ 静电纺丝：静电纺丝就是高分子流体静电雾 化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是 微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行 相当长的距离，最终固化成纤维。 ✓ 特点：电纺丝具有设备简单，可大面积快速 制备，工艺可控等特点，适用于工业化生产 。但它的一个较大缺点就是表面微结构的可 控性与均匀性比较差。
超疏水高分子材料
1
目录
01 超疏水高分子材料的综述 02 超疏水材料的制备 03 超疏水材料的应用 04 研究展望
2
超疏水高分 子材料的综
述
3
超疏水的概念
✓ 表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触 ✓ 角和动态的滚动角描述。 ✓ 超疏水表面是指与水的接触角大于150°，
而滚动角小于10°的表面。 ✓ 接触角通常是用接触角测定仪来获得。
✓ 步骤：
✓ 1、复制模塑法是指先用一种预聚物A（一般为PDMS，有 时也可采用溶液）复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微 结构；
✓ 2、固化A并从荷叶表面剥离，得到负型结构的软膜板B，
然后以此软膜板为图形转移元件，将其表面的负型结构
转移到其他材料C表面，经过2次复制最终得到与荷叶表
面特征相似的仿荷叶微结构。
17
模板法
18
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。
此带来的对针尖的污染； 防水和防污处理； ..........
26
沙漠集水器
27
沙漠集水
28
轮船船底涂料
29
30
31
天然气管道内表面超疏水分子膜及其防腐性能
天然气管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸
润形貌对比图
32
展望
✓ 固体表面的润湿性是一种复杂的性质，它对固体的其它 各种表面特性都有影响。目前对固体材料的润湿性的控 制、超疏水涂料工业化的研究仍很有限，有待进行详尽 的探索。超疏水涂料涉及表面科学、纳米科技、材料科 技等众多领域，是一种工业上非常重要的技术，在医药 、生物科技、化学工程领域也具有广阔的应用前景、是 纳米科技的应用体现之一。
24
25
超疏水材料的应用
✓ 新型超疏水材料的应用将十分广泛： 沙漠集水 远洋轮船传递涂料，可以达到防污、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； 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
✓
✓ 超疏水的表征量 ✓ 静态接触角：越大越好 ✓ 滚动角：越小越好
4
接触角和滚动角
✓ 滚动角（SA）：滚动角是指液滴在 ✓ 倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表 ✓ 面与水平面所形成的临界温度。等于 ✓ 前进角和后腿脚之差。 ✓ 前进角：液固界面取代气固界面后形 ✓ 成的接触角叫做前进角； ✓ 后腿角：气固界面取代液固界面后形 ✓ 成的接触角叫做后退角。
超疏水基本理论
Байду номын сангаас
材料的浸润性是由表面的 化学组成和微观几何结构 共同决定的，通常以接触 角θ表征液体对固体的浸润
成度。
Young方程 Wenzel方程 Cassie方程
9
✓ 对于光滑、平整。均匀的固体表面，Thomas Young在 1805年提出了接触角与表面能之间的关系，即著名的 Young方程（Young Equation）:
✓ 接触角的滞后性
✓ 真实固体表面在一定程度上或者粗糙不平或者化学组成不均一，这就使得实 际物体表面上的接触角并非如Young方程所预示的取值唯一。而是在相对稳 定的两个角度之间变化，这种现象被称为接触角滞后现象，上限为前进接触 角θ₁，下限为后退接触角θ₂，二者差△θ= θ₁- θ₂定义为接触角滞后性
不同表面水滴接触界面状态
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
7
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，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。 8
✓ γSV = γSL + γLV×cosθe γSV γSL γLV分别为顾气、固液、液气间的
液面张力
10
✓ 由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表 面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论
✓
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Wenzel模型
✓ Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何 上观察到的面积，从而对亲（疏）水性产生了增强的作用。
面的疏（亲）水性能
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超疏水表面的制备
一种是在粗 糙表面修饰 低表面能物
质
制备原理
✓ 一种是将疏 水材料构筑 粗糙表面
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超疏水表面（材料）制备方法
16
1、模板法
✓ 模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经 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。
12
Cassie模型
✓ Cassie模型：气垫模型（由空气和固体组成的固体界面）
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超疏水表面的形成原因
✓ 固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定： ✓ 化学组成结构是内因： ✓ 低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果，
研究表明，光滑固体表面接触角最大为120°左右。 ✓ 表面几何结构有重要影响： ✓ 具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表
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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。
✓ 特点：该方法成本较高，一般用于一些特殊材料的制备 。
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4.静电纺丝法
✓ 静电纺丝：静电纺丝就是高分子流体静电雾 化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是 微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行 相当长的距离，最终固化成纤维。 ✓ 特点：电纺丝具有设备简单，可大面积快速 制备，工艺可控等特点，适用于工业化生产 。但它的一个较大缺点就是表面微结构的可 控性与均匀性比较差。
超疏水高分子材料
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目录
01 超疏水高分子材料的综述 02 超疏水材料的制备 03 超疏水材料的应用 04 研究展望
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超疏水高分 子材料的综
述
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超疏水的概念
✓ 表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触 ✓ 角和动态的滚动角描述。 ✓ 超疏水表面是指与水的接触角大于150°，
而滚动角小于10°的表面。 ✓ 接触角通常是用接触角测定仪来获得。
✓ 步骤：
✓ 1、复制模塑法是指先用一种预聚物A（一般为PDMS，有 时也可采用溶液）复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微 结构；
✓ 2、固化A并从荷叶表面剥离，得到负型结构的软膜板B，
然后以此软膜板为图形转移元件，将其表面的负型结构
转移到其他材料C表面，经过2次复制最终得到与荷叶表
面特征相似的仿荷叶微结构。
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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。
此带来的对针尖的污染； 防水和防污处理； ..........
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沙漠集水器
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沙漠集水
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轮船船底涂料
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天然气管道内表面超疏水分子膜及其防腐性能
天然气管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸
润形貌对比图
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展望
✓ 固体表面的润湿性是一种复杂的性质，它对固体的其它 各种表面特性都有影响。目前对固体材料的润湿性的控 制、超疏水涂料工业化的研究仍很有限，有待进行详尽 的探索。超疏水涂料涉及表面科学、纳米科技、材料科 技等众多领域，是一种工业上非常重要的技术，在医药 、生物科技、化学工程领域也具有广阔的应用前景、是 纳米科技的应用体现之一。
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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泛： 沙漠集水 远洋轮船传递涂料，可以达到防污、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； 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
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✓ 超疏水的表征量 ✓ 静态接触角：越大越好 ✓ 滚动角：越小越好
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接触角和滚动角
✓ 滚动角（SA）：滚动角是指液滴在 ✓ 倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表 ✓ 面与水平面所形成的临界温度。等于 ✓ 前进角和后腿脚之差。 ✓ 前进角：液固界面取代气固界面后形 ✓ 成的接触角叫做前进角； ✓ 后腿角：气固界面取代液固界面后形 ✓ 成的接触角叫做后退角。
超疏水基本理论
Байду номын сангаас
材料的浸润性是由表面的 化学组成和微观几何结构 共同决定的，通常以接触 角θ表征液体对固体的浸润
成度。
Young方程 Wenzel方程 Cassie方程
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✓ 对于光滑、平整。均匀的固体表面，Thomas Young在 1805年提出了接触角与表面能之间的关系，即著名的 Young方程（Young Equation）:
✓ 接触角的滞后性
✓ 真实固体表面在一定程度上或者粗糙不平或者化学组成不均一，这就使得实 际物体表面上的接触角并非如Young方程所预示的取值唯一。而是在相对稳 定的两个角度之间变化，这种现象被称为接触角滞后现象，上限为前进接触 角θ₁，下限为后退接触角θ₂，二者差△θ= θ₁- θ₂定义为接触角滞后性