第六章 疏水材料--超疏水
超疏水材料的润湿性能
超疏水材料的润湿性能超疏水材料是一种新型材料，具有出色的润湿性能。
润湿性能是衡量材料表面与液体之间相互作用的重要指标。
超疏水材料的润湿性能得到了广泛的关注和研究。
本文将从润湿的基本原理、超疏水材料的制备方法以及应用前景等方面，探讨超疏水材料的润湿性能。
润湿是指液体在固体表面上的展开程度。
根据展开的程度，可以将润湿分为完全润湿、不完全润湿和不润湿三种状态。
润湿性能主要取决于固液相互作用力、表面形貌以及表面能等因素。
而超疏水材料则是通过合理设计表面结构和改善表面性质，使材料具有极低的液体接触角，从而呈现出超疏水性质。
超疏水材料的制备方法有很多种，其中常见的方法包括化学改性、纳米改性和激光刻蚀等。
通过表面化学改性，可以改变材料的表面能，从而提高材料的润湿性能。
纳米改性则是在材料表面上引入纳米结构，增加表面积，从而增强液体与材料的相互作用力，提高润湿性能。
激光刻蚀是一种先进的制备方法，可以通过控制激光参数和刻蚀方式，在材料表面形成微纳米结构，从而实现超疏水性质。
超疏水材料在许多领域具有广阔的应用前景。
在生物医学领域，超疏水材料可以应用于人工器官的制备和医药领域的药物传输。
由于超疏水材料表面能低、液体接触角大，可以降低液体与材料的接触面积，减少液体在材料表面的摩擦，从而降低材料磨损和生物组织的损伤。
在环境保护领域，超疏水材料可以应用于油污水的处理和油水分离。
由于超疏水材料对水具有极低的润湿性，可以实现水与油的分离，为油污水的处理提供了新的途径。
在能源领域，超疏水材料可以应用于太阳能电池和节能建筑等方面。
由于超疏水材料表面能低，可以减少太阳能电池表面的反射损失，提高电池的光吸收效率。
在节能建筑方面，超疏水材料可以应用于建筑材料的涂层，实现材料表面的自洁能力，减少清洁维护成本。
总之，超疏水材料具有出色的润湿性能，通过合理设计表面结构和改善表面性质，可以实现极低的液体接触角。
超疏水材料的制备方法有很多种，包括化学改性、纳米改性和激光刻蚀等。
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。
谢谢观看 !
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
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
2
超疏水现象
精品课件
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
超疏水材料介绍
表观接触角和本征接触角的关系
(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。
(4)自然界中动植物超疏水表面结构图
莲花表面
Nature 2004,432, 36)发表
2.5 电纺技术
典型应用：Rutledge等用电纺技术制得PS和PS-b-
PDMS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
特殊浸润性界面材料 —— 超疏水材料介绍
超疏水材料的影响因素 材料表面结构和疏水性的关系 超疏水表面的制备方法及应用 研究展望
一.超疏水材料的影响因素
1 浸润性是材料表面的重要特征之一。根据水对材料表面润湿性的不同将 材料表面分为亲水性表面和疏水性表面。 1.1 浸润性的表征
接触角：通常以接触角θ表征液体对固体的浸润程度。接触角由表面张
若θ﹤90°，则θ’﹤θ，则亲水性随粗糙度的增加而增加； 若θ﹥90°，则θ’﹥θ，则疏水性随粗糙度的增加而增加。
两个基本前提： ①基底的表面粗糙度与液滴的大小相比可以忽略不计； ②基底表面的几何形状不影响其表面积的大小。 ③适用于中等亲水或者疏水表面。
(2)Cassie模型----气垫模型
核心：Cassie和Baxter指出，液滴在粗糙表面的接触是一种复合接触。 复合接触：微细结构的表面因为结构尺度小 于表面液滴的尺度，当表面疏水性较强时， Cassie认为在疏水表面上的液滴并不能填满 粗糙表面上的凹槽，在液珠下有截留的空气 存在，于是表观上的液固接触面其实由固体 和气体共同组成，见右图：
超疏水-是指水滴在材料表面呈球状,接触角大于150°。
超疏水-是指水滴在材料表面呈球状，接触角大于150°。
超疏水-是指水滴在材料表面呈球状，接触角大于150°。
真正具有本征超疏水的材料是不存在的，对于平整材料而言，最大的水接触角不过119°。
但是可对金属材料进行表面修饰，实现表面粗糙化或者修饰低表面能物质，使其接触角大于150°，从而实现超疏水性能。
学术术语来源---TiAl6Vi4表面超疏水修饰后的体外抑菌实验文章亮点：实验创新性采用电化学阳极氧化法在TiAl6Vi4钛合金表面制备TiO2纳米管薄膜，并通过氟硅烷自组装修饰成功制备超疏水表面，使其接触角>150°。
通过比较超疏水表面、普通疏水表面和亲水表面对金黄色葡萄球菌贴附的作用，验证通过增加内植物表面疏水性可提高其抑菌效果。
关键词：生物材料；骨生物材料；钛金属TiAl6Vi4；细菌贴附；超疏水；钛金属；感染主题词：生物相容性材料；钛；葡萄球菌,金黄色；疏水及亲水作用摘要背景：研究表明，材料表面亲、疏水性(即表面浸润性)是影响细菌黏附的重要原因。
目的：探讨钛金属TiAl6Vi4表面超疏水改性后对金黄色葡萄球菌的抑菌作用。
方法：将TiAl6Vi4板块经砂纸、酸溶液抛光和超声清洗后，随机分组：超疏水表面组采用电化学阳极氧化法在TiAl6Vi4表面制备TiO2纳米管薄膜，并通过氟硅烷自组装修饰；亲水表面组采用电化学阳极氧化法在TiAl6Vi4表面制备TiO2纳米管薄膜；疏水表面组对TiAl6Vi4表面行氟硅烷自组装修饰，分别测量3组表面的接触角。
将3组样品浸泡于金黄色葡萄球菌菌液中2 h，观察样品表面细菌黏附和分布状态，以及浸泡过样品剩余菌液的A值。
结果与结论：亲水表面组表面多数金葡菌彼此聚集、重叠，呈葡萄串形态；疏水表面组表面细菌有聚在一起的趋势，但没有彼此重叠、覆盖，只是单层排列，没有形成葡萄串表面；超疏水表面组表面细菌分散排布，一般只有两三个细菌在一起，不成串，不重叠。
超疏水材料的制备及其表征
超疏水材料的制备及其表征近年来，超疏水材料在各个领域被广泛应用。
超疏水材料的制备和表征成为了当前研究的热点问题。
本文将介绍超疏水材料的制备方法及其表征手段。
一、超疏水材料的制备方法超疏水材料的制备方法主要包括可控表面粗糙化、表面化学修饰和特殊涂层三种方法。
1.可控表面粗糙化可控表面粗糙化是制备超疏水材料的一种常用方法。
通过长期算法、电解蚀刻、阳极氧化等方法，可以在普通表面上形成各种化学及物理结构的表面粗糙化。
通过不同结构和尺度的表面粗糙化可以得到不同类型的超疏水材料。
2.表面化学修饰表面化学修饰通常是通过改变表面化学功能团或化学键的种类和密度等手段来实现的。
这种方法一般用于特殊场合，例如在生物医学领域制备超疏水材料等。
3.特殊涂层特殊涂层是制备超疏水材料的另一种方法。
通过是原位合成、溶液浸渍、离子束沉积、以及等离子体蒸汽沉积等方法，可以在普通表面上添加不同材料的涂层，从而得到不同类型的超疏水材料。
二、超疏水材料的表征手段超疏水材料的表征手段主要包括显微镜、接触角计、气-液吸附法及表面粗糙度计等。
1.显微镜针对表面微观结构的研究，显微镜是一种好的表征手段。
分别可以利用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等技术来研究其表面结构与形貌。
2.接触角计接触角是表征超疏水性的关键指标之一。
通过测量角度可以获得材料与液体的表面张力，并根据静电学的理论公式进行计算。
当接触角大于150度时，即可认为材料为超疏水性。
3.气-液吸附法气-液吸附法可以直接测定材料孔径及比表面积。
该手段用于评价材料内部微结构与机理。
4.表面粗糙度计表面粗糙度计是一个用于测量材料表面形貌参数的工具。
通过测量表面高度和微观成分等参数来获得显示材料表面粗糙度的图像。
三、结论目前，超疏水材料的制备和表征技术已经比较成熟。
通过对超疏水材料的表征，可以更加深入地理解其性质和应用场景，从而更好地推动超疏水材料的研究和应用。
未来随着化学和材料领域的不断发展，相信超疏水材料会有更多的应用前景。
超疏水
超疏水表面制备方法：
3、刻蚀法
刻蚀是一种直接有效的制备粗糙表 面的方法。刻蚀的方法包括等离子体 刻蚀、激光刻蚀和化学刻蚀，这些方 法已经被用来制备超疏水表面。
超疏水表面制备方法：
4、溶胶-凝胶处理法 现有研究中的绝大部分结果表面，溶胶凝胶处理后无须再经过疏水化的后处理，表面 就可以实现超疏水性能，因为低表面能材料在 溶胶-凝胶处理过程中就存在 。 Hikita研究组使用胶状的硅石颗粒和氟烷 基硅氧烷作为原材料，通过烷氧基硅烷的水解 和浓缩过程制备了具有超疏水性能的溶胶-凝 胶薄膜 。
超疏水表面的构建技术可分为以下两类：
（1）在低表面能的材料表面构筑一定的粗糙 度； （2）在具有一定粗糙度的材料表面上修饰低 表面能的物质。
超疏水表面制备方法：
1、层层自组装法
层层自组装方法能够借助分子间的静电相 互作用和氢键相互作用，从分子的尺度来控制 所制备的薄膜的厚度和薄膜的表面化学性质。 近来，有许多研究组应用层叠层的方法来制备 粗糙的超疏水表面
超疏水表面
荷叶表面上的超疏水
荷叶在雨后显得非常的清新和洁净，这是因为 落在叶面上的雨滴会自动聚集成水珠，水珠的滚动 可以使叶片表面上的尘土污泥等污染物粘附在水珠 上滚出叶面，从而清除掉了叶片上所吸附的污染物， 这一现象所表达出的是荷叶具有优异的超疏水性能 和非凡的自洁净功能.这些特性被命名为“荷叶效 应” Barthlott和Neinhuis研究组借助扫描电子显微 镜 (SEM)首次报道了荷叶表面的观结构，他们把荷 叶这种自洁净功能归因于粗糙表面微米量级的凸体 及其表面蜡状物质的共同作用。
荷叶表面的微/纳米复合结构
超疏水的定义：
表面水接触角大于150°，并且具有很 小的滚动角和自清洁性质的表面被称
超疏水材料的研究进展
捷的合成方法制备出有机/无机树莓状结构的微球。
分别采用乳液聚合法和分散聚合法制备出粒径为微米级和纳米级左右的PS 高精度微球。
为制备出微球的阶层结构，可采用简单物理混合的方法，经过疏水化处理后的微球，可将其用于铜网的表面修饰，发现可以得到相同的高效油水分离特性的铜网，呈现出超疏水优良的特性。
1.3 绿色无氟超疏水材料郗盼毅等[4]用模板法通过模板“镜像”效应，以新鲜荷叶为模板，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料，使天然的竹材表面呈现出微纳米层次的乳头状凸起结构；涂覆法是将样品完全浸入含有低表面能材料的化学溶液中，然后进行干燥固化成型；电放技术是用聚合物溶液在电场库仑力的作用下被极度拉伸的情况下形成喷射出高速细流，随后落在基板上形成微/纳米纤维膜。
2 超疏水材料的应用在各个领域，超疏水材料的应用不仅相当广泛而且有极大的进展。
因其优异的超疏水性而具备防腐蚀、自清洁、防覆冰的性能，广泛运用于各个邻域，其中包括对金属材料、纺织材料、木材材料、生物组织、口腔医学等，由此可见超疏水材料有着巨大的发展前景和商业潜力[2]。
2.1 金属材料领域的应用利用超疏水材料的防腐蚀特性，可将超疏水材料作为金属涂层保护金属。
SULTONZODA Firdavs 等[5]用硬脂酸乙醇溶液处理后，铝合金表面获得了铝与水在60 ℃下反应形成的纳米-微米二级粗结构。
另外，硬脂酸在铝合金的表面上具有长的键合分支，从0 引言超疏水材料是一种新型材料，广泛应用于各个领域，用于在金属材料领域则具有保护作用，起到了耐腐蚀的效果。
实验证明经过加工该材料也能起到自清洁及耐磨的能力。
随着超疏水材料应用的增加，所面临的问题也在变多，其稳定性成了该材料发展的研究之重。
1 超疏水材料的简介超疏水虽然是一种新型材料，但在自然界中，许多植物叶表面、鸟禽羽毛都具有超疏水性的特点，如蜻蜓的翅膀、池塘的荷叶等[1]。
目前超疏水材料分为两大类：天然和人工合成。
天然的超疏水材料大多来源于自然界的动植物，具有良好的相适应性并且易降解，具有亲水基团，对环境友好。
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。
超疏水材料的加工
精选版ppt
3
超疏水材料的简介
超疏水表面
精选版ppt
4
超疏水材料的简介
不同表面水滴接触角界面状态
精选版ppt
5
超疏水材料的简介
超疏水表面形成的原因 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，光滑体表面接触角最大为120°左右。 ◆表面几何结构有重要影响：
17
( d) 水滴的形貌图 (接触角为 160.4° )
超疏水材料的制备方法
5.溶胶-凝胶法
溶胶一凝胶法就是采用含高化学活性组分的化合 物作为前驱体，一定条件下，在液相中水解、缩聚， 从而生成稳定的透明溶胶体系，溶胶陈化而胶粒间缓 慢聚合，最终形成三维空间网络结构的凝胶。
精选版ppt
18
超疏水材料的制备方法
精选版ppt
9
超疏水材料的制备方法
复制模塑技术制备仿生超疏水表面的操作示意图
精选版ppt
10
超疏水材料的制备方法
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团被电离后 产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜 长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配， 并表现出显著的集体行为。等离子体是不同于固体、液体 和气体的物质第四态。 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。
具有微细粗糙结构的表面可以有效地提高疏（亲）水表 面的疏（亲）水性能。
精选版ppt
6
超疏水材料的制备方法 制备原理
制备原理
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
超疏水材料
• 决定固体表面的浸润性的主要因素中化学性质是内因， 而几何结构形貌也是不可缺少的重要因素。科院研究 员江雷在这一研究的基础上还发现“在荷叶表面微米 结构的乳突上存在纳米结构,这种纳米结构与微米结构 的乳相结合的双微观结构是引起表面防污自洁的根本 原因。并且滴在这些非光滑表面上的接触角进行测量, 测量结果表明材料表面几何结构直接影响接触角的大 小,通过设计微结构的几何参数可以获得理想的超疏水 材料—不同参数的微观周期性光栅结构。
The designation of super hydrophobici materials′courses
超疏水材料
超疏水表面理论
表面结构的再分析
超疏水涂膜应用
Wenzal
பைடு நூலகம்
Cassie
复合材料0802 梁殊
Abstract
• 自然现象：荷叶自清洁、水 黾水面速行。
• 基本理论：解释了静态接触 角和滚动角,Wenzal和Cassie 两种模型的关系。 • 实验室分析：表面化学成分 及化学结构聚集态是获得超 疏水膜的基础,表面的形貌和 微构造是维持超疏水性质的 保障。 • 应用前景：介绍了超疏水涂 膜在国防、工农业生产和日 常生活中广泛的应用前景。
碳纳米管 超硫水材 料在家电 行业中的 应用前景
厂 家 也 要 高 技 术
生物化的新型疏水材料，构建出抗 凝血性能优异的新型人工血管。 生物材料研究领域的成果已经证 明材料的血液相容性，即材料植 入人体后，不引起血液凝聚，不 破坏血液成分，也不改变血液生 理环境的性质，与其表面的亲疏 水性密切相关。超疏水性的表面， 本身界面自由能低，与血液中各 成分相互作用较小，从而显示出 较好的抗凝血性。
• 从SEM照片观察水稻叶，它的表面也有类似荷叶的微 纳复合阶层结构，它也具有超疏水性；但不同于荷叶 乳突均一分布的是，水稻叶表面乳突沿平行于叶边缘 的方向(如箭头所示)一维有序排列，而在垂直方向上 则是任意排列，在这两个方向上水滴的滚动角分别为 3.5°和9.15°，很明显水滴更易于在沿平行叶边缘的 方向流动。
超疏水材料PPT幻灯片课件
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。
超疏水材料研究意义及方法简介
超疏水材料研究意义及方法简介1、研究意义固体材料表面的润湿性是材料科学和表面化学中一个非常重要的特性，许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦均与表面浸润性密切相关[1-2]。
超疏水表面通常被定义为接触角大于150°，滚动角小于10°的表面[3]，这种独特的浸润性，使其在自清洁[4-5]、金属防腐[6-7]、防覆冰[8-9]、抗污染[10]、油水分离[11-12]、微流体装置[13-14]等领域具有巨大的应用价值。
近年来超疏水表面在基础研究和工业应用上发挥出巨大的影响，因此收到受到人们的广泛关注。
2、国内外研究现状受自然界中“荷叶效应”的启发，人们发现超疏水表面是由粗糙的微观形貌和疏水的低表面能物质共同决定的[15-16]。
这种特殊的结构有助于锁住空气，防止水将表面润湿，因此水滴在表面上形成球形。
近年来，人们基于此原理构造出很多仿生超疏水表面，主要分为以下两种途径：一种是对分级几何粗糙结构表面进行疏水化修饰；另一种是通过在疏水表面构造多级几何粗糙结构。
其中，低表面能的表面制作在技术上已经相当成熟，而微观几何粗糙度的构建才是构造超疏水表面的难点，目前国内外构造微纳粗糙结构的方法主要包括模板法[17]、相分离法[18]、刻蚀法[19]、化学气相沉积法[20]、溶胶凝胶法[21]、层层自组装法[22]、静电纺丝法[23]、印刷法[24]等。
例如，Zhou等[25]将十三氟辛基三乙氧基硅烷（FAS）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和FAS改性的二氧化硅溶解在己烷中，将织物浸泡其中，再取出于135℃固化30min，得到耐磨性、耐洗性、化学稳定性优异的超疏水织物。
Wang等[17]采用聚苯胺形成的水凝胶结构为模板，利用正硅酸乙酯的水解原位生成二氧化硅，再在表面沉积十八烷基三氯硅烷形成超疏水涂层，具有力学性能优异、透明、可拉伸等优点。
Sparks等[26]选用季戊四醇四（3-巯基丙酸酯）、三烯丙基异氰尿酸酯、2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷以及疏水二氧化硅粒子，利用一步喷涂法，在紫外光下发生巯烯点击反应形成有机-无机杂化交联涂层。
超疏水材料
1、木纹纸质是一种表皮装饰纸，木皮是半天然装饰材料。
2、木纹纸上的花纹为印刷出来的;木皮上的花纹为优质木材本身带有的花纹。
3、木纹纸厚度一般在0.5~1.0mm;木皮的厚度一般为1.0mm~2.0mm。
4、木纹纸按照材质的不同可以用于装饰、家具等的面层或修边;木皮主要用于高级装饰中的面层。
5、木纹纸一般价格低廉;木皮大多都价格较贵。
6、木纹纸本国产品很多;木皮重大多数珍贵树种产品只能靠进口。
用途还包括：塑料包装、香烟酒类包装、1.碳酸钙主要以石灰石和大理石存在，大理石和石灰石主要成分是CaCO3 。
大理石和石灰石做建筑材料，工业上用石灰石制生石灰(CaO)和二氧化碳、制水泥。
2.碳酸钙的物理性质：白色固体，难溶于水。
纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。
标准的名称即超细碳酸钙。
纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。
可改善塑料母料的流变性，提高其成型性。
用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。
纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性和透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性和高干燥性。
纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料，具有稳定性好，光泽度高，不影响印刷油墨的干燥性能．适应性强等优点。
纳米碳酸钙的应用范围纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。
造纸业是纳米碳酸钙最具开发潜力的市场。
目前，纳米碳酸钙还主要用于特殊纸制品，如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿等。
纳米活性碳酸钙作为造纸填料具有以下优点：高蔽光性、高亮度、可提高纸制品的白度和蔽光性；高膨胀性，能使造纸厂使用更多的填料而大幅度降低原料成本；粒度细、均匀，制品更加均匀、平整；吸油值高、能提高彩色纸的预料牢固性纳米碳酸钙在涂料工业作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点。
纳米级超细碳酸钙具有空间位阻效应．在制漆中，能使配方中密度较大的立德粉悬浮，起防沉降作用．制漆后，漆膜白度增加，光泽度高，而遮盖力却不降低，主要用于高档轿车漆。
超疏水材料的综述
超疏水材料的综述
超疏水材料是指表面疏水性能高于水的材料，具有强烈的超疏水性能，即表面动能较高，水不易结合在表面上，液滴表面能力极高，表面液滴不易渗入或移动。
超疏水材料主要由石墨烯、碳纳米管、金纳米点和有机非金属材料构成，具有均摩擦系数小、表面润湿性低、抗腐蚀、耐磨性能强、耐高温和耐腐蚀性能良好等性能。
超疏水材料的应用领域十分广泛，包括表面处理、润湿剂设计、抗腐蚀、生物技术、水处理等。
此外，结合超疏水材料与微流控学可用于生物传感器和功能性生物附着等方面的研究。
神奇的超疏水材料,灵感来自荷叶
神奇的超疏水材料，灵感来自荷叶荷叶一直以来都被人们誉为自然界中的超级材料，它的神奇之处在于它具有超疏水的特性。
每当雨水滴在荷叶上，它们会迅速从荷叶上滚落下来，不会留下丝毫的痕迹。
这种自洁的能力使得荷叶能够保持干净清爽，不容易被尘土或其他污物所附着。
而现代科学家正是受到荷叶的启发，发明了一种神奇的超疏水材料。
超疏水材料，顾名思义就是能够迅速排除水分、不与水接触的材料。
它的表面由纳米级的微结构组成，这些微结构能够使液体无法接触到材料表面，从而实现超疏水的效果。
超疏水材料有着广泛的应用领域，比如防水涂层、防污涂层、油墨印刷等等。
那么，超疏水材料是如何实现的呢？这种材料的表面具有特殊的纹理结构，如微凸纹、多孔结构等，能够使液体在其上形成类似于雨水在荷叶上的滚落效果。
超疏水材料还具有低表面能的特性，不易与液体发生相互作用，使得液体无法附着在其表面上。
超疏水材料还具有高表面张力的特性，能够迅速排除附在其表面的液体。
超疏水材料的独特性质使得它们在许多领域都有应用前景。
比如在建筑领域，可以使用超疏水材料来制作防水涂层，以保护建筑物免受雨水侵蚀。
在飞机航空领域，可以将超疏水材料应用于飞机的表面，以减少飞行过程中水滴的附着，提高飞行的效率。
在医疗领域，可以使用超疏水材料来制作医疗器械，减少水滴等液体在器械表面的附着，从而减少细菌滋生的可能性。
除了在实际应用中，超疏水材料还具有一些有趣的特性。
如果在超疏水材料的表面滴上一滴水，你会发现水滴会如同小球一样滚动，直到滚落下来。
这是因为超疏水材料表面附着的水滴呈现极高的接触角，水滴的重心被提高了，从而形成了滚落的效果。
超疏水材料的发明是受到了荷叶的启发，并借鉴了荷叶的微结构和特殊表面性质。
这种材料具有许多独特的特性，广泛应用于各个领域，并且在科研和工程实践中有着重要的意义。
它的出现，不仅改变了人们对材料的认识，也为我们的生活带来了诸多便利。
超疏水表面材料的设计与制备
超疏水表面材料的设计与制备随着科学技术的不断进步，人类对材料的要求也越来越高。
其中，超疏水材料的研究和应用在近年来得到了广泛关注。
超疏水表面材料具有强大的防污性能和自清洁能力，能够应用于各种领域，如纺织品、建筑材料和光学涂层等。
本文将从超疏水表面材料的设计原理、制备方法和应用前景三个方面进行论述。
首先，超疏水表面材料的设计需要考虑其表面形貌和化学组成两个重要因素。
在表面形貌方面，根据“莲叶效应”，材料表面的微观结构应尽量增加表面的粗糙度，使水滴接触面积减小，从而使水滴在表面上呈现近似滚动的状态。
常见的表面形貌设计包括微柱状、微针状和微球状等。
此外，表面化学组成也对超疏水性能起到重要作用。
通过在材料表面引入疏水性分子，可以增加材料与水之间的接触角，进一步降低液体在表面上的粘附性。
其次，超疏水表面材料的制备方法多种多样。
常见的方法包括化学法、物理法和生物法等。
化学法是制备超疏水材料的主要方法之一。
通过在材料表面构建特定的化学键或功能基团，使其表面变得疏水。
例如，通过在金属表面形成一层氧化膜，可以使得金属表面呈现出超疏水性。
物理法主要通过改变表面结构和形貌来实现超疏水性能的增强。
例如，利用雷射刻蚀或电解氧化等方法可以在金属表面形成微观或纳米结构，从而实现超疏水性。
生物法则通过模仿自然界中一些生物表面的结构和材料，来制备超疏水材料。
例如，蜡菊叶片表面的微小颗粒结构可以启发设计高效的疏水材料。
超疏水表面材料的应用前景广阔。
其中，纺织品行业是应用超疏水材料的重要领域之一。
超疏水纺织品不仅能够防水和防污，还能够保持面料的透气性和柔软性。
此外，超疏水材料也可以应用于建筑材料领域。
通过将超疏水涂层应用于建筑物的外墙和屋顶材料上，可以防止雨水渗透，减少建筑物的维护成本。
在光学涂层方面，超疏水材料可以应用于相机镜头、太阳能电池板和汽车前挡风玻璃等领域，提高器件的透明性和耐久性。
总之，超疏水表面材料的设计与制备是一个多学科交叉的研究领域。
- 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)。
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
Chen等利用纳米球刻蚀的方法首先得到了排列整齐的单层聚苯乙烯 (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。 在其表面覆盖 20nm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 (132168° )。
For smooth, flat, uniform solid surface, the highest contact angle is only 119º 。
Real solid surface with concaveconvex structure
Wenzel model
Cassie model
Antifrost
Antifogging surfaces
LOGO
Oil−water separation
局部 放大
Supperrepellent material in nature
出淤泥而不染， 濯清涟而不妖。
--宋.周敦颐《爱莲说》
cosθ=(γSV –γSL)/ γLV
Interfacial tension: γSV 、 γSL 、 γLV
Hydrophobic surface
The surface free energy of materials is related to the species and the concentration of the functional surface groups
Sliding angle α Very large
Sliding angle α Very small
Self-cleaning effect
Dirt
LOGO
Higher CA
Smaller SA
Supperrepellent surface
3、The fabrication of Supperrepellent surface
PAN Nano fiber material
Wenzel model
Increasing the contact area between liqiud and solid
Cassie model
Decreasing the contact area between liqiud and solid
LOGO
Firstly, the fabrication of artificial structured surface. Several artificial structured surfaces have been disgined. If these nanopillar and mushroom shaped nanopillars array with piece of 10 mm×10 mm can be prepared by electroplate copper or nickel nanopillars?
Butterfly wings
LOGO
2、 The theoretics of Supperrepellent material
Young’s equation
Wettability
Wenzel model
Cassie model
Yong’s equation
Functional surface
•
Hydrophilic groups: —OH、—CHO、 —COOH、—NH2 • Hydrophobic groups： —CnH2n+1、 —CH=CH2、 —C6H5、—X、—NO2 —CF3
Fluorinated polymer
CH2 (36 dyn cm-1) > CH3 (30 dyncm-1) > CF2 (23 dyn cm-1) > CF3 (15 dyn cm1)
A wide spectrum of applications
LOGO
soy sauce
LOGO
LOGO
Water collector in the desert
Antifouling coating
Superhydrophobicity
Water contact angle (WCA) larger than 150°and extremely low WCA hysteresis or sliding angle less than 10° .
Sliding angle
mg(sinα)/ω =γ (cosθa-cosθr) θa –Advancing contact angle, θr –Receding contact angle, m-The quality of water drop， g-Acceleration of gravity ， ω-Diameter of water drop， γ-Surface Energy of water drop。 m，g，ω，γ are constant ，then： sinα∝cosθa – cosθr.
For smooth, flat, uniform solid surface, the relationship between contact angle and surface energy can be described by Yong’s equation (Thomas Young, 1805 ) :
氧等离子体处理后的超疏水 PS纳米珠阵列表面
LOGO
Chemical vapor deposition
江雷等利用化学气相沉积法 (CVD)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。
Wenzel model：
LOGO
Cosθ*=
r(SV - SL )
=r COS θ
LV
Real contact area r Apparent contact area
1
Wenzel model源自Cosθ*=r(SV - SL )
=r COS θ
LV
Providing θ =110º ，if r>0.53， θ* will be larger than 150º
The reason of choosing
fluorosilicone
Low surface energy and high surface-active of CF3 group Improves the adhesion and compatibility
self-assembly
Fabrication
Roughening a hydrophobi c material
Modifying a rough surface’s chemical components
Turning a Surface Super-Repellent Even to Completely Wetting Liquids
LOGO
Antifouling coating
Low surface energy coating for mitigating marine biological fouling
Drag reduction
Self-cleaning materials
LOGO
Supperrepellent material
1 Wettability
Wettability is a fundamental property of material surfaces
Young’s equation: cosθ=(γSV –γSL)/ γLV
Hydrophobic: θ›90 ° ; Hydrophilic： θ‹90 °.
LOGO
LOGO
Secondly, modify its components by surface fluorination.
LOGO
Lastly, the fabrication of hierarchical structures. If the property of above structured surface after surface fluorination can not meet superhydrophobic or superhydrophilic requirement, I will increase surface roughness by preparing hierarchical structures on above artificial structured surface.
Cassie model
Cassie model
LOGO Providing CA between liqiud and air is 180° Area fraction f=Σa/Σ(a+b) Cosθ’= fcosθ+(1-f)cos180° = fcosθ+f-1 let’s assume that θ =110º ， if f is less than 0.2, θ’ will be larger than 150º .