超疏水原理

当θ> 90°时表现为疏水性 θ<90°时表现为亲水性
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。
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
退角(θr ) ,
• 两者的差• 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,定义这时的倾斜 角为滚动角( sliding angle , SA)α
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
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：
Wenzel模型
增加固液接触面积 而实现表观接触角 的增大
Cassie模型
减少固液接触面积 而增强表观接触角
水滴几乎被牢固地 黏附于固体表面上
宏观表现上水滴很 容易在这样的表面 上滚落
滚动角α 非常大
滚动角 α非常小
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。
较大的 接触角
较小的 滚动角
超疏水 表面
超疏水表面：接触角θ>150°,滚动角θ<10°的表面
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
粗糙表面的Wenzel方程 粗糙表面的Wenzel方程
粗糙表面的Cassie方程 Wenzel方程和Cassie方程的适用性
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
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