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
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
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
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 退角(θr ) ,
斜角为滚动角( sliding angle
, SA)α
Wenzel模 型
增加固液接触面积 而实现表观接触角
的增大
水滴几乎被牢固地 黏附于固体表面上
Cassie模 型
减少固液接触面积 而增强表观接触角
宏观表现上水滴很 容易在这样的表面
上滚落
滚动角α 非e模型