在我们的日常生活中,总是会看到以下几种现象:荷叶表面的水自动凝结成水滴水,黾可以漂浮在水面上,稻叶片上的水滴自由滚动,蝉翼不惧怕雨水的侵袭等等…
这便是超疏水现象。
所谓超疏水现象,简单的理解就是材料表面对水有排斥作用,水滴在超疏水表面可以发生自由滚动。
原理简述
为什么“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,空气会夹在水与固体表面之间,使得水滴大部分与空气接触,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,水珠可以很自由地在表面滚动,从而使得材料具有超疏水性。
制备方法
目前,超疏水材料的制备方式主要有两种:一种是将低表面能物质修饰于微纳米粗糙结构表面,另一种是低能表面上形成纳米粗糙结构。
1, 刻蚀法
利用铝合金板为基底材料,在 1 A/cm2 的电流密度下进行电化学刻蚀 30~480 s, 获得接触角>150°的疏水材料。
2, 自组装法:
利用层层自组装的方法制备得到了超疏水木材,先将木材用 Tris 以及盐酸多巴胺改性,反应生成包覆聚多巴胺的木材,然后在此表面上再进行 SiO2 自组装,形成更为细致的纳米结构,然后使用 1 H,1 H,2 H,2 H-十七烷基三乙氧基硅烷对表面进行低能量处理,获得接触角为 154°的超疏水木材。
3, 溶胶-凝胶法:
通过溶胶—凝胶法,利用全氟聚醚对SiO2 进行改性,改善了SiO2的溶解度,降低了其表面自由能,实现了疏水材料的制备。
4, 电化学沉积法:
采用电沉积法在铜基底上沉积一层镍,再经过氟硅烷改性即可得到接触角为162°的超疏 水表面。该材料能够在 4.8 kPa 的负载压力下于 800 目的碳化硅砂纸上移动1m而保持超疏水性,表明此表面具有极好的显微硬度和机械耐磨性。
5, 溶液浸泡法:
利用铝合金板作为基底,将铝合金板浸渍再硝酸镧水溶液中进行热处理,在铝合金表面形成粗糙纳米结构,然后利用十二氟庚丙基三甲氧基硅烷对铝合金表面改性,制得的材料接触角到达到 160°,疏水性能优异,且该超疏水表面 机械强度较高,耐腐蚀,耐磨损。
具体应用
1.光伏发电
太阳能电池板在使用过程中,空气中的灰尘依附在其表面会影响发电效率。
若使其表面覆盖一层超疏水材料可有效降低外界环境的影响。
2.飞机、汽车、轮船等表面涂层
在飞机、汽车、轮船等表面覆盖一层超疏水材料,可以大大提高其抗污、自清洁能力。在船壳中使用的超疏水材料同时可以提高船舶的速度。
3.在织物及过滤材料方面的应用
超疏水织物可被用作防雨/雪服、军用作战服以及帐篷等。
超疏水技术作为一种具有特殊表面性质的新型技术,在防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及防止电流传导等方面均有良好表现。
目前,超疏水技术所面临的问题主要是如何降低成本,简化技术和延长使用寿命。
对于既疏水又疏油的超双疏材料研究,一直是超疏水技术的主要研究方向。 |