超疏水表面上的微纳结构
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超疏水表面上的微纳结构
报告人：刘粒祥 学院：材料科学与工程学院 学号：12012328
2014.10.09
微纳结构
超疏水结构 概念
超疏水表面结构
超疏水结构 制备
超疏水结构 性能检测
微纳结构的应用
2
微纳结构
1.什么是纳米结构？
纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。也就是以纳米尺度的物质单 元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系。
轮 船 底 部 的 低 表 面 能 防 污 涂 料
微纳结构的应用
具有抗露、防霜、 自洁功能的新型节 能空调换热器
展望
微纳超疏水表面结构材料涉及表面科学、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 、生物技术 、化学机工程 领域也具有广阔的应用前景 、是纳米科技的应用 体现之一。 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。
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
微纳结构的应用
轮船船底涂料
超疏水表面结构（超疏水结构性能检测）
铜箔不同结构和润湿性表面结露情况对比 (a) 未处理平铜箔
(b) 具有微米结构的铜箔
(c) 具有纳米结构的铜箔 (d)具有微纳复合结构的铜箔.
凝结速度不同 液滴分布不同 液滴开始冻结的时间不同
微纳结构的应用
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
【4】Yongmei Xia, Youfa Zhang*, Xinquan Yu, Feng Chen. Direct solution phase fabrication of ZnO nanostructure arrays on copper at near room temperature. CrystEngComm. 2014, 16, 5394-5401 (IF: 3.879)
接触角：就是液滴在固体表面达到热力学平衡状态时，气液界面与固液界面所夹的角度 滚动角：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角度
5
超疏水表面结构
2 超疏水表面结构与微纳结构的关系
6
超疏水表面结构
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80 nm，纳米柱的间 距大约在180 nm．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。
7
超疏水表面结构
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
8
超疏水表面结构
通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为161.0°左右和2º 左右 。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。 由于荷叶微纳结构的存在，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，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状 ，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。
9
超疏水表面结构
铜箔超疏 水表面结 构的制备
丙酮 稀盐酸 预处理 乙醇 去离子水
4M 微纳结构 KOH 0.5M Zn(NO 3 )2 6H2O
构建
化学改性
预处理铜 箔
Leabharlann Baidu
溶液配制
恒温密封 反应7h
NaOH洗 涤
氟硅烷乙 醇溶液洗 涤
真空干燥
10
11
20 °C, 25 °C, 30 °C and 35 °C温度下 铜箔表面的微纳结构（扫描电镜下观察而得 ）
请各位老师同学批评指正
THANK YOU!
0维：指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等;
1维：指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等
2维：指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜多层膜,超晶格等。
3
微纳结构
2.什么是微纳结构？
4
超疏水表面结构
1.什么是超疏水？
接触角 θ<90̊ 的固体表面称之为亲水表面 接触角 90̊<θ<150̊ 的固体表面称之为疏水表面 接触角 θ>150̊ 的固体表面称之为超疏水表面
参考文献
【1】张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 超疏水铜表面的制备[A]. 中国机械工程学会表面工程分会.第 八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（七）[C].中国机械工程学 会表面工程分会:,2010:1. 【2】张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能[J]. 物理化学学报 ,2010,05:1457-1462. 【3】梁彩华,汪峰,吕艳,范晨,吴春晓,张小松,张友法. 翅片表面特性对结霜过程影响的实验研究[J]. 东南大学学报(自然科学版),2014,04:745-750.
报告人：刘粒祥 学院：材料科学与工程学院 学号：12012328
2014.10.09
微纳结构
超疏水结构 概念
超疏水表面结构
超疏水结构 制备
超疏水结构 性能检测
微纳结构的应用
2
微纳结构
1.什么是纳米结构？
纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。也就是以纳米尺度的物质单 元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系。
轮 船 底 部 的 低 表 面 能 防 污 涂 料
微纳结构的应用
具有抗露、防霜、 自洁功能的新型节 能空调换热器
展望
微纳超疏水表面结构材料涉及表面科学、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 、生物技术 、化学机工程 领域也具有广阔的应用前景 、是纳米科技的应用 体现之一。 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。
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
微纳结构的应用
轮船船底涂料
超疏水表面结构（超疏水结构性能检测）
铜箔不同结构和润湿性表面结露情况对比 (a) 未处理平铜箔
(b) 具有微米结构的铜箔
(c) 具有纳米结构的铜箔 (d)具有微纳复合结构的铜箔.
凝结速度不同 液滴分布不同 液滴开始冻结的时间不同
微纳结构的应用
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
【4】Yongmei Xia, Youfa Zhang*, Xinquan Yu, Feng Chen. Direct solution phase fabrication of ZnO nanostructure arrays on copper at near room temperature. CrystEngComm. 2014, 16, 5394-5401 (IF: 3.879)
接触角：就是液滴在固体表面达到热力学平衡状态时，气液界面与固液界面所夹的角度 滚动角：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角度
5
超疏水表面结构
2 超疏水表面结构与微纳结构的关系
6
超疏水表面结构
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80 nm，纳米柱的间 距大约在180 nm．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。
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超疏水表面结构
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
8
超疏水表面结构
通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为161.0°左右和2º 左右 。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。 由于荷叶微纳结构的存在，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，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状 ，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。
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超疏水表面结构
铜箔超疏 水表面结 构的制备
丙酮 稀盐酸 预处理 乙醇 去离子水
4M 微纳结构 KOH 0.5M Zn(NO 3 )2 6H2O
构建
化学改性
预处理铜 箔
Leabharlann Baidu
溶液配制
恒温密封 反应7h
NaOH洗 涤
氟硅烷乙 醇溶液洗 涤
真空干燥
10
11
20 °C, 25 °C, 30 °C and 35 °C温度下 铜箔表面的微纳结构（扫描电镜下观察而得 ）
请各位老师同学批评指正
THANK YOU!
0维：指在空间3维尺度均在纳米尺度,如纳米尺度颗粒,原子团簇等;
1维：指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等
2维：指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜多层膜,超晶格等。
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微纳结构
2.什么是微纳结构？
4
超疏水表面结构
1.什么是超疏水？
接触角 θ<90̊ 的固体表面称之为亲水表面 接触角 90̊<θ<150̊ 的固体表面称之为疏水表面 接触角 θ>150̊ 的固体表面称之为超疏水表面
参考文献
【1】张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 超疏水铜表面的制备[A]. 中国机械工程学会表面工程分会.第 八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（七）[C].中国机械工程学 会表面工程分会:,2010:1. 【2】张友法,余新泉,周荃卉,李康宁. 超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能[J]. 物理化学学报 ,2010,05:1457-1462. 【3】梁彩华,汪峰,吕艳,范晨,吴春晓,张小松,张友法. 翅片表面特性对结霜过程影响的实验研究[J]. 东南大学学报(自然科学版),2014,04:745-750.