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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,船超疏水材料及其应用落在荷叶上的雨滴形成水珠顺着叶面缓缓滚动而落下，这种抗水性称为荷叶效应。这是由于荷叶表面的疏水层呈现纳米级的凹凸不平，减少了水珠与叶面的接触面积，植物叶子表面具有的超疏水自清洁的特性，为构建人工疏水表面及设计浸润性可控的界面提供了灵感，引起了研究者的极大关注。一、超疏水材料的表面特征润湿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，是固体表面重要特征之一，这种特征由固体表面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
2、的重要参数，超疏水性表面具有防雪、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为茸毛，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。Brthltt研究发现，这种微茸毛有乳突及腊状物构成，其为微米结构。中科院研究员江雷研究发现，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
3、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，一报道的超疏水表面制备技术主要有溶胶凝胶法、模板法、自组装法及化学刻蚀法。二、在日常生活中的应用空调夏天制冷时，换热器上会产生大量冷凝水，需要专门的排水管排到室外，这不仅降低了空调的能效比，还容易出现漏水现象，更为严重的会造成室内的空气湿度不断减小，使人们生活、工作的环境恶化。同样，冬天空调制热时，室外机换热器会结霜，为了除霜不得不经常停掉空调，这不仅浪(转载于:写论文网:超疏水材料,船)费电能不利于制热，还容易出现各种故障。东南大学化工系陈志明教授研究发现，空调换热器的
4、表面用超疏水材料处理后，不仅能避免上述问题的出现，还能明显降低空调器的噪声，延长空调器的使用寿命，且可节约空调器的设计成本。经过工业涂覆验证，其各项性能指标均达到了国际水平，可代替进口产品。十八烷基硫醇无水乙二胺,化学纯(上海凌峰化学试剂有限公司);锌片,%高纯试剂(上海龙昕科技发展有限公司);氟硅烷CF3(CH2)8CH2Si(OCH3)3(FAS),分析纯(日本Chisso公司).铜片在乙醇溶解下的01M的十四烷酸溶液中沉积10天形成接触角为1550的超疏水膜。对比超疏水膜和同结构普通膜发现，超疏水膜表面为花瓣状形貌，这种形貌极有利于截留大量空气，对基体起到保护作用。1实验部分薄膜的制备把
5、厚度为mm锌片(分析纯,纯度%,天津市风船化学试剂科技有限公司)切成10mm10mm的锌片,分别用无水乙醇(分析纯,纯度%,烟台三和化学试剂有限公司)和去离子水(实验室自制)超声清洗15min,用氮气吹干后备用.将清洗后的锌片浸泡在4vol%的N,N-二甲基甲酰胺(DMF,分析纯,纯度%,上海埃彼化学试剂有限公司)溶液中,65下恒温保持24h.取出后用去离子水和无水乙醇洗涤,氮气吹干.将DMF处理后的锌片浸泡在硬脂酸(分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司)的乙醇溶液中,浓度为mol/L,在室温下静置一段时间后取出,用无水乙醇彻底清洗后氮气吹干.2.1实验材料与仪器铝合金(牌号为LY12,成份:铜
6、3.8%,镁1.2%,锰0.3%,锌0.3%,硅0.5%,铁0.5%,兰州中科凯特公司);乙基三氯硅烷(瑞士,FlukaAG,BuchsSG);甲苯(分析纯,天津化学试剂有限公司);无水乙醇(分析纯,天津化学试剂有限公司);丙酮(分析纯,天津化学试剂有限公司);氟化氢(分析纯,北京双环化学试剂厂);盐酸(分析纯,白银良友化学试剂有限公司);氢氧化钠(分析纯,天津化学试公司一厂);去离子水(自制)。2.2实验方法2.2.1铝合金基体表面的微纳米化将切割好的铝合金片(20mm20mm1mm)在金相试样抛光机上预抛,抛光。依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗并在空气中吹干。然后浸到刻蚀液(HCl(40
7、ml):H2O(12.5ml):HF(2.5ml)中进行化学刻蚀,时间为15s。刻蚀完成后,立即用去离子水超声清洗两次,每次5min,以除去表面残留刻蚀生成物,最后将处理好的铝合金片放入烘箱于90e干燥20min。2.2.2表面硅烷修饰在室温下量取一定体积的甲苯加入反应槽,并将已经刻蚀好的铝合金片放入。然后用微量注射器向反应槽中加入适量的乙基三氯硅烷,配制成一定浓度的三氯硅烷-甲苯溶液,在相对环境湿度为40%50%的条件下反应一定时间。待反应完毕,依次按下列顺序清洗:无水甲苯2次,无水乙醇3次,乙醇水溶液(体积比为1:1)2次,去离子水2次。将清洗后的铝合金片放入烘箱,在120?C下干燥10m
8、in,即得到铝合金基体超疏水表面。1.1锌基表面微纳米结构的构建(1)化学刻蚀.用干净的烧杯配置3.10mol/L的硝酸溶液,将1.00cm1.00cm0.02cm的锌片样品,放入盛有乙醇溶液的烧杯中,用超声波清洗仪清洗15min,取出风干待用.取样片放入配制好的硝酸溶液中,反应40s和55s,取出放入乙醇溶液中用超声波清洗仪清洗5min,取出烘干.(2)表面疏水化处理将液体石蜡和二硫化碳按1:1的比例配置成混合溶液,然后将刻蚀完成后的锌片放入混合溶液中,室温下浸泡20min后取出,最后放入烘箱中65e下烘烤10min.1.2实验方法1.2.1铝片的处理将铝片切割为30mm50mm长方形,依次
9、用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗5min,自然晾干,备用.1.2.2化学腐蚀将洗好的铝片浸泡在1mol/LNaOH溶液中直至表面有大量气泡生成(约3060s),或将其浸泡在不同浓度的盐酸溶液或氢氧化钠溶液中腐蚀.1.2.3电化学腐蚀以2个面积相等的铂片作为阴极,铝箔作阳极,平行正对放置,间距10mm,以013mol/LH3PO4溶液为电解液,在室温及磁搅拌下恒电流模式进行一步阳极氧化.1.2.4化学/电化学腐蚀将铝片浸泡在5mol/LHCl溶液中腐蚀5min,然后在电化学腐蚀液质量分数为5%的H3PO4溶液和丙三醇的混合液(体积比为1B1)中恒电流密度(1mA/cm2)下氧化10min.仿生超疏
10、水表面的制备技术及其进展摘要：仿生超疏水表面具有防水、自清洁等优良特性。自然界中存在许多无污染、自清洁的动植物表面，如超疏水的荷叶表面、超疏水各向异性的水稻叶表面、超疏水的暗翼表面等。影响材料表面润湿性的主要因素有材料表面能、表面粗糙度和表面微一纳结构。超疏水表面的自清洁功能源自于表面形貌与低表面能物质的共同作用，可以通过两类技术路线来制备超疏水表面：控制材料表面能和修饰微细结构表面。关键词：润湿性；仿生；超疏水；接触角超疏水(Superhydrophobic)是指表面上水的表观接触角超过150。的一种特殊表面现象。近年来，超疏水表面引起了人们极大的关注，它在自清洁材料、微流体装置以及生物材料
11、等领域中有着广泛的应用前景。最典型的例子就是自然界中的荷叶表面，水滴在叶面上可以自由滚动能够将附着在叶面上的灰尘等污染物带走。从而使表面保持清洁。1基本原理润湿性是材料表面的重要特征之一。描述润湿性的指标为与水的接触角0，接触角小于9O。为亲水表面，接触角大于90。为疏水表面，接触角大于150。则称为超疏水表面。对于光滑平整的理想固体表面，水滴在其表面上的形状是由固体、液体和气体三相接触线的界面张力来决定的，水滴接触角的大小可以用经典杨氏方程来表示：cos：Lv其中，、Ts、分别是固一气、固一液和液一气界面的表面张力。对于粗糙表面Wenzel方程21认为水滴粗糙表面完全浸润，其液滴接触角为：c
12、osO=FcosO式中，r为表面粗糙度，即实际表面积与面投影面积之比值。根据Wenzel方程，对于疏水表面，增加表面粗糙度，液滴的接触角增大。Wenzel方程揭示了粗糙表面的表观接触角与本征接触角间的关系。当固体表面由不同种类化学物质促成时，CassiezJ进一步拓展了Wenzel的上述处理。他认为水滴在粗糙表面接触在两种界面：水滴与固体界面以及由于毛细现象水滴无法进入微孔而形成空气垫从而形成的滴与空气垫界面，并认为水滴与空气垫的接触角为180。，因此，提出粗糙表面的水滴的接触角为：COS0r=f,cosOl+ficos02式中，、分别为粗糙表面接触面中液固界面的面分数与气固界面的面积分数，=
13、1。从上述模型可知。制备具有特殊结构的表面可以提高面的接触角。2天然的超疏水生物表面自然界中存在许多无污染、自清洁的动植物表面。如荷叶、水稻、芋头叶、蝴蝶、水黾脚等表面。21超疏水的荷叶表面在对生物表面特殊浸润性的研究中，荷叶表面的超疏水和自清洁效应最早被人所熟知。水滴在荷叶表面接触角可达165。，倾斜2。，水滴即可在表面滚动，以防止由于水的覆盖而抑植物的蒸腾作用与光合作用f4151。荷叶表面的超疏水性能来自于两个原因：荷叶表面的蜡物和表面的特殊结构，荷叶表面仿生超疏水表面的制备技术及其进展有序分布着平均直径为59txm的乳突，并且每个乳突表面分布有直径为124nm的绒毛，见1(a)，荷叶表面
14、的特殊结构和低表面能的蜡质物使得荷叶表面具有超疏水功能与自清洁功能。2-2超疏水各向异性的水稻叶水稻叶是自然界中超疏水现象中较为特殊的51：水稻叶表面水滴仅易于沿着平行叶脉方滚动。研究表明乳突沿平行于叶边缘方向有序排列，而沿着垂直于叶边缘方向则无序分布见图1(b)，这种特殊结构使得水滴在沿叶脉方向的滚动角f35。)比沿叶脉垂直方向的滚动角小(9l5。)。此外，蝉翼不仅透明轻薄，而且其表面有非常好的超疏水性和自清洁性，以使蝉保持其良好的飞行能力。在扫描电子显微镜下61观察蝉翼的截面和表面时发现蝉翼度大约在8101xm(图1(c)，而且蝉翼的上下表面都是由规则排列的纳米柱状结构组成的自然界中的昆虫
15、水黾能漂浮在水面，也是由于水黾腿部具有的特殊微观结构使其具有超疏水功能其与水接触角可达到167。，并且其腿部所受的表面张力足以承受水黾本身重量的数十倍。(a)荷叶表面；(b)水稻叶表面；(a)蝉翼表面图1几种具有超疏水性能的生物表面3超疏水表面的制备方法触角大：J：130。影响材料表面润湿性的主要因素有：材料表面能、表面粗糙度以及表微一纳结构。其中低表面能材料是制备超疏水性的基本条件表面粗糙度和表面微细结构是定性因素。研究表明，接触角随着表面能的降低而增大，随着表面粗糙度的增加而增大，而面微纳结构对润湿性具有重要的影响。因此超疏水表面的自清洁功能源自于表面形貌与低表面能物质的共同作用。可以通过两类技术路线来制备超疏水表面：控制材料表面能和修饰微细结构表面31控制材料表面能根据Dupre推导的公式，固体表面自由能越低，附着力越小，固体表面液体的接触角就越大。硅氧烷、含氟材料是自然界物质中表面能最低的两种材料，含氟材料的表面能比硅烷低10m左右。在共聚物中引入低表面能结构单元(主要是含氟、含硅结构)能得到低表面能的聚合物。典型的低表面能材料是有机硅和氟树脂以及其相应的改性树脂。陈一民等61以正硅酸
