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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划超疏水材料的应用超疏水材料的研究现状及应用摘要:超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性，是目前功能材料研究的热点之一。由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注，本文简述了超疏水表面的制备方法，归纳了超疏水表面的应用,对超疏水表面研究的发展进行了展望。关键词：超疏水表面材料；微流体系统；表面制备方法；表面应用SuperhydrophobicmaterialsResearchandApplicationLi
2、Yongliang(JiangnanUniversity,CollegeofChemistryandMaterialsEngineeringJiangsuWuxi,China)Abstract:Superhydrophobicsurfacematerialwithawaterproof,anti-fouling,canreducetheviscosityofthefluidandotherexcellentfeatures,iscurrentlyoneofthehotfunctionalmaterials.Assuper-hydrophobicsurfaceintheself-cleaning
3、surfaces,microfluidicsystems,biocompatibilityandotherpotentialapplications,researchonsuper-hydrophobicsurfacecausedagreatdealofattention,thispaperoutlinesthesuper-hydrophobicsurfacepreparationmethods,summarizedthesuper-hydrophobicsurfaceapplicationofresearchforthedevelopmentofsuper-hydrophobicsurfac
4、eswerediscussed.Keywords:Superhydrophobicsurfacematerial;Microfluidicsystems;Surfacepreparationmethods;Surfaceapplication近年来，植物叶表面的超疏水现象引起了人们的关注。所谓植物超疏水能力，就是植物叶面具有显著的疏水，脱附，防粘，自清洁功能等。随着科学的发(来自:写论文网:超疏水材料的应用)展,各种疏水表面的设计和应用成为研究的热点问题之一。一般认为水滴接触角大于150的表面称为超疏水表面。自然界里有很多动植物表面都具有高疏水性和自洁功能,例如荷叶和水稻叶表面,其表面水的接触
5、角都高达160以上,滚动角小于3。超疏水表面的制备通常包括粗糙表面的制备和使用低表面能物质对粗糙表面进行修饰这两个步骤。随着实验技术的不断革新,一些添加剂、助剂的使用,使得制备工艺进一步完善,进而得到了一些简单、可操作性强且产出成品性能良好的制备方法。近年来,超疏水表面凭借其特有的自清洁性及良好的生物相容性,受到了更加广泛的关注。由于超疏水材料独特的表面特性，使其可广泛应用于防水、防污、自清洁、流体减阻、抑菌等领域，因此超疏水材料在现实生产和生活中具有广阔的应用前景。近年来,超疏水性表面的研究已成为比较活跃的研究课题之一,这对制备新的高性能的功能材料表面有重要的作用。1超疏水材料的表面特征润湿
6、性是指液体与固体表面接触时,液体可以渐渐渗入或附着在固体表面上,是固体表面的重要特征之一,这种特征由固体表面的化学组成及微观结构共同决定。接触角和滚动角是评价固体表面润湿性的重要参数,理论上疏水表面既要有较大的接触角,又要有较小的滚动角。超疏水性表面一般是指与水的接触角大于150,而滚动角小于10的表面,这样的表面具有防雪、防污染、抗氧化及防止电流传导等特性。植物叶子表面有许多丛生的放射状微茸毛,该微茸毛尖端极易亲水,入水后能瞬间锁定水分子,使叶片表层到茸毛尖端之间形成了一薄层空气膜,从而避免叶片与水直接接触.Barthlott研究发现，这种微茸毛由乳突及蜡状物构成,其为微米结构。中科院研究员
7、江雷研究发现,乳突为纳米结构,这种纳米与微米相结合的双微观结构正是引起表面防污自洁的根本原因。研究表明,具有较大接触角和较小滚动角的超疏水性表面结构为微米级及纳米级结构的双微观复合结构,且这种结构直接影响水滴的运动趋势。超疏水表面的结构通常采用两种方法,一是在疏水材料表面上构建微观结构,二是在粗糙表面上修饰低表面能物质。由于降低表面自由能在技术上容易实现,因此超疏水表面制备技术的关键在于构建合适的表面微细结构。当前,已报道的超疏水表面制备技术主要有溶胶一凝胶法、模板法、自组装法及化学刻蚀法等。2超疏水材料表面的制备方法相分离方法制备超疏水材料将本体聚合制备的聚苯乙烯溶于四氢呋喃，然后向该溶液中
8、滴加乙醇来引发相分离，通过控制乙醇的含量来控制相分离的程度，从而制备出表面结构可控的聚苯乙烯薄膜。科学家发现向聚丙烯的溶液中滴加适量的不良溶剂，会增加聚丙烯图层的表面粗糙度，这是因为由于不良溶剂的加入导致了聚丙烯溶液的相分离。因此向PS的THF溶液中滴加适量的PS的不良溶剂乙醇，会导致PS溶液的相分离，从而制备出表面结构粗糙的材料表面。并且乙醇的加入量影响着相分离的程度，进而影响着PS薄膜的表面粗糙程度。相分离过程发生在涂膜后，随着不良溶剂乙醇的挥发，在溶液中大量积聚的PS分子为了减少表面能自发的形成小球，有的小球之间会团聚形成大球。从结构分析，材料表面就形成了微纳双重结构。通过实验发现乙醇的
9、浓度在49左右时接触角达到最大值1516。乙醇浓度较小时，相分离程度不充分，只形成小球无大球。乙醇浓度较大时，材料表面只形成大球而无小球。因此，适量的乙醇浓度，才能使材料表面形成良好的微纳双重结构，从而得到性能优异的超疏水材料。模板印刷法Sun等使用荷叶作为原始模板得到PDMS的凹模板,再使用该凹模板得到PDMS凸模板,该凸模板是荷叶的复制品,它与荷叶有同样的表面结构,因此表现出良好的超疏水性和很低的滚动角。该工艺类似于“印刷”,因此称为模板印刷法。Lee等用金属镍来代替PDMS,获得竹叶的凹模板。再在金属镍凹模板上使用紫外光固化的高分子材料复制,得到类似竹叶的复制品,该复制品具有超疏水能力。
10、金属镍模板更耐磨、刚性更好、更易准确复制。在Lee的另外一篇文章中还有更多的例子。另外,Lai等通过光催化印刷法在TiO2纳米管膜上获得超亲水超疏水的方法也很有价值。模板印刷法是一种简洁、有效、准确、便宜、可大面积复制的制备方法。有望成为实用化制备超疏水材料的重要方法。电纺法江雷等通过一种简单的电纺技术,将溶于DMF溶剂中的PS制成具有多孔微球与纳米纤维复合结构的超疏水薄膜。其中多孔微球对超疏水性能起主要作用,纳米纤维起固定多孔微球的作用,该膜的WCA达到。Kang等也采用该法制备了PS超疏水膜。Ma等通过电纺法得到PS-g-PDMS和PS共纺的无纺布。由于PDMS在纤维表面富集,并且纤维尺寸
11、为150400nm,因此,该无纺布WCA可达到163。该纤维透气性好、柔韧、超疏水等优点使它在纺织和生物领域有很大的应用价值。具有超疏水性的纤维在服装或无纺布方面有很大的潜在应用价值,电纺法无疑是一种很有潜力的方法。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法就是用含有高化学活性组份的化合物作前驱体进行水解得到溶胶后使其发生缩合反应,在溶液中形成稳定的凝胶,最后干燥凝胶。溶剂去除后,有时留下一些微纳米孔,这些微纳米孔结构赋予材料某些特殊性能,包括超疏水性。如有机硅气凝胶,由于孔结构发达,使它具有非常高的比表面积、已知材料中最低的密度、非常低的导热系数以及其他特性,因此它被称为“第四代材料”。有些方法制备的有机硅气
12、凝胶还具有超疏水功能。如Venkateswara等使用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)通过超临界干燥法制备了柔韧的硅气凝胶,WCA可以高达164。该硅气凝胶表面有丰富的-CH3基团和数量巨大的纳米级孔洞具有超疏水功能。调整工艺,WCA甚至可以高达173溶胶-凝胶法对于无机超疏水材料如ZnO、TiO2和Al2O3的制备具有一定的优势,但存在着工艺路线较长、有溶剂污染和成本较高等缺点。模板挤压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。冯琳等通过模板挤压法用亲水性聚乙烯醇材料制备了超疏水表面,接触角可以达到171.2。这可能是由于聚乙烯
13、醇分子在纳米结构上发生重排,使得疏水烷基基团向外,亲水羟基基团向内并形成分子间氢键,体系表面能降低造成的。金美华等通过模板挤压法制备了超疏水阵列聚苯乙烯纳米管膜。该膜不但有超疏水特性,还具有对水超强的高粘滞力,甚至水滴完全反转都不掉落,类似“壁虎脚”。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。激光和等离子体刻蚀法Khorasani等在室温环境下用CO2脉冲激光处理聚二甲基硅氧烷(PDMS),其表面的WCA高达175。可能的原因为在激光处理后,PDMS表面产生多孔结构,PDM的分子链排列规整。Fresnais等在氧气气氛下用等离子处理LDPE膜,然后再在C
14、F4气氛下用等离子处理,获得透明度高的超疏水LDPE膜。另外,在Teshima和Lacroix的文章中也有用等离子刻蚀法获得超疏水表面的记录。但该类方法存在仪器昂贵、成本高、得到超疏水表面积有限等缺点。拉伸法Zhang等通过拉伸聚四氟乙烯膜(Teflon膜)得到表面带有大量孔洞的纤维,从而获得超疏水膜。另外,在拉伸尼龙膜时证实,微观结构为三角形网状结构的尼龙膜具有超疏水特性,但双向拉伸后,尼龙膜由超疏水转变为超亲水,与水的接触角从变为0,这估计是三角形网状结构的尺寸在拉伸后发生变化造成的。拉伸法简单、成本低、可获得面积大的超疏水表面,值得更多地研究。腐蚀法Guo等使用低表面能物质修饰铝合金,得
15、到具有超疏水性的金属表面。另外,Qian等对金属铜、锌表面进行化学腐蚀处理,也获得了具有超疏水性的金属表面。另外,有些方法类似于腐蚀法,即通过一种手段除掉某一部分。Li等在清洁的玻璃片上涂上聚苯乙烯(PS)水性悬浮液,120烘干,得到布满相互有些粘结的PS纳米级微球的玻璃片。滴一滴/L的Fe(NO3)3溶液于其上,Fe(NO3)3溶液渗入PS纳米级微球的缝隙。最后,将样品在400下烧结2h,使PS模板挥发,Fe(NO3)3分解形成的Fe2O3构成纳米柱状结构。在Li的另一篇文章也有类似方法的描述。3超疏水性材料的研究现状及应用纳米科技导论文献综述题目：超疏水纳米材料的应用学院：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日超疏水纳米材料的应用姓名摘要：几十年来人们在荷叶，水黾腿，蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下，研究了各种各样的超疏水纳米材料，超疏水纳米材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构，更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面。超疏水表面纳米材料具有特殊微纳米结构，因此有疏水自清洁性，防污染等一系列优异性能，同时在强度、耐热、耐酸碱等性能方面又十分优异的新材料。该类材料在国防、工业、农业、医学、建筑涂料及交通航行等多个领域中。但它们对各种低表面能的液体反而更加亲液。近年来超疏液纳米材料作为超疏
