疏水表面
表面疏水处理
表面疏水处理1. 什么是表面疏水处理？表面疏水处理是一种改善物体表面性质的技术，使其具有疏水性，即不易被液体湿润。
通过表面疏水处理，物体表面会形成一层特殊的涂层或纳米结构，使液体在接触物体表面时形成球状滚落，减少与物体表面的接触面积，从而达到减少粘附、抗污染、抗腐蚀等目的。
2. 表面疏水处理的原理表面疏水处理的原理主要有两种：化学方法和物理方法。
2.1 化学方法化学方法是通过在物体表面形成一层具有疏水性的化学涂层来实现表面疏水处理。
常用的化学方法包括：•涂覆法：将具有疏水性的材料溶解在溶剂中，然后将溶液均匀地涂覆在物体表面。
随着溶剂蒸发，材料会形成一层均匀且致密的涂层。
•化学反应法：通过在物体表面进行化学反应，形成具有疏水性的化合物。
常用的反应包括硅烷偶联剂的反应，将硅烷偶联剂与物体表面的羟基反应形成硅氧烷链。
•溶胀法：将具有疏水性的聚合物溶解在溶剂中，然后将溶液浸泡在物体表面。
随着溶剂的蒸发，聚合物会在物体表面形成一层致密的薄膜。
2.2 物理方法物理方法是通过改变物体表面的微观结构来实现表面疏水处理。
常用的物理方法包括：•纳米结构化法：利用纳米技术，在物体表面形成微米或纳米级别的凹凸结构。
这些凹凸结构可以使液体无法充分接触到物体表面，从而实现疏水效果。
•等离子体法：利用等离子体在物体表面产生化学反应或改变表面结构。
等离子体可以使材料表面发生氧化、硝化等反应，从而增强其疏水性能。
3. 表面疏水处理的应用领域3.1 纺织品表面疏水处理可以应用于纺织品，使其具有防水、防油、防污染等功能。
通过改变纺织品表面的性质，可以使液体在纺织品上形成球状滚落，而不会渗透进入纤维内部。
3.2 电子设备表面疏水处理可以应用于电子设备，提高其抗污染和抗腐蚀能力。
在电子设备的表面进行疏水处理后，可以有效防止水分、灰尘等物质沉积在设备表面，延长设备的使用寿命。
3.3 汽车涂层表面疏水处理可以应用于汽车涂层，提高汽车外观的美观度，并减少对空气动力学性能的影响。
超疏水表面
剂。
化学溶液沉积法制备超疏水氧化锌薄膜
实验步骤
将清洗好的玻璃衬底采用旋涂工艺在匀胶机上制备ZnO缓冲层，转 速2000r/min。反复旋涂、干燥四次后，将玻璃衬底在400℃热处理 30min以形成ZnO缓冲层薄膜。 配备硝酸锌浓度为0.01mol/L的溶液作为化学沉积的溶液，NaOH浓 度分别为0.35mol/L、0.4mol/L、0.45mol/L。将已涂覆缓冲层的玻 璃衬底垂直插入沉积溶液中，在一定的加热速度和磁力搅拌速度下 升温至 75 ℃，继续反应一定的时间后，即可在玻璃衬底上获得 ZnO 纳米棒阵列膜。 将所制得的ZnO薄膜分别经去离子水淋洗后，在100℃下烘干。然 后放入葵基三乙氧基硅烷/乙醇溶液(10mmol/L)中，24h后取出，用 乙醇淋洗，在150℃加热2h。
刻 蚀 法
沉 积 法
模 板 法
溶 胶 凝 胶 法
相 分 离 法
静 电 纺 丝 法
纳 米 颗 粒 法
化 学 腐 蚀
激 光 刻 蚀
等 离 子 体 刻 蚀
光 刻 技 术
平 版 印 刷 术
物 理 气 相 沉 积
水 热 生 长 法
化 学 气 相 沉 积
电 化 学 方 法
层 层 组 装 技 术
超疏水表面技术存在的问题
适当增加沉积时间可以提高ZnO薄膜的疏水性，但薄膜的 疏水性与ZnO纳米棒阵列膜的规则性似乎关系不大。
谢 谢
超疏水表面技术的发展趋势
解决现存问题， 进行规模化生产
产业化
发 展 趋 势
多功能化
对自然界动植 物进行仿生
光、电、磁、热 等外界刺激响应
智能化
超疏水表面技术的潜在应用
门窗玻璃
潜 在 应 用
疏水表面的形成原理
疏水表面的形成原理
疏水表面的形成原理
疏水表面是指一种具有不粘附水性质的表面，即水滴在其表面上不会
扩散，而是聚集成球状。
这种表面不仅在日常生活中被广泛应用，例
如防水材料、雨伞、防污涂料等，还在工业生产中发挥着巨大的作用，例如船舶、飞机、汽车等的表面涂层。
疏水表面的形成原理主要有两种：微观结构和化学功能性。
微观结构
通过表面形态设计和纳米等级粗糙化，使其表面形成了一定的微结构，从而改变了表面能。
化学功能性则通过表面化学修饰，使其表面化学
性质发生变化，从而达到疏水的效果。
在微观结构方面，疏水表面的形成主要依赖于表面粗糙度和表面形态。
表面的粗糙度可以通过化学蚀刻、电解加工等方法得到。
表面形态可
以通过微电加工、沉积、涂覆等方法得到。
例如，使用多层纳米球沉
积法可以得到一种球状结构的表面，使水分子在表面上形成椭圆形状，从而实现疏水的效果。
另外，疏水表面通常是具有多级结构的，可以
通过纳米结构和微米结构的复合设计得到优异的性能。
在化学功能性方面，表面化学修饰是实现疏水表面的常用方法之一。
常用的表面修饰剂包括氟化物、硅烷类和硅氧烷类等。
这些化学物质
能够在表面形成一层极薄的保护膜，从而阻止水分子在表面上扩散。
例如，通过硅烷修饰的表面可以将亲水表面变为疏水表面。
总之，实现疏水表面的形成需要微观结构和化学功能的复合作用。
通
过对表面结构和化学修饰的合理设计，可以帮助我们实现高效的防水、防油和防腐等实际应用，同时也有助于开发出更加环保、安全、高效
的材料和技术。
金属疏水表面构造
金属疏水表面构造
金属疏水表面的构造通常涉及到一些特殊的微观结构和表面处理技术。
以下是几种常见的金属疏水表面构造方法：
微纳结构：通过刻蚀、光刻等技术，在金属表面制造出微米、纳米级别的粗糙结构，这些结构可以影响金属表面的润湿性，使金属表面呈现出疏水性。
例如，采用激光刻蚀技术在金属表面形成微米级别的凹坑，或者利用纳米压印技术在金属表面构造纳米尺度的纹理结构。
仿生结构：模仿自然界中的一些具有疏水性的生物表面，如荷叶、昆虫翅膀等，在金属表面制造出类似的微观结构。
例如，通过电化学沉积或化学刻蚀等方法，在金属表面形成类似于生物表面的微纳复合结构。
化学处理：通过在金属表面进行化学镀膜、涂层或反应镀等方法，改变表面的化学组成和性质，使其呈现出疏水性。
例如，在金属表面涂覆一层聚合物薄膜或氟化物涂层，使其具有较低的表面能，从而呈现出疏水性。
微纳织构：通过在金属表面制造出微纳尺度的织构结构，如凹槽、凸起等，来改变表面的润湿性。
这些织构结构可以在加工过程中形成，也可以通过刻蚀、光刻等技术制造出来。
以上方法可以单独使用，也可以结合使用，以获得最佳的疏水效果。
金属疏水表面的构造对于自清洁、防雾、防水等功能的应用具有重要意义。
疏水和超疏水表面以及液滴的特性研究
疏水和超疏水表面以及液滴的特性研究疏水和超疏水表面自从被发现以来，一直引起学术界的广泛关注和研究。
它们与液滴特性密切相关，影响着我们生活和工业生产中的许多方面。
本文将重点论述疏水和超疏水表面的定义、特性和应用，以及液滴在它们上面的行为。
一、疏水和超疏水表面的定义和特性疏水和超疏水表面是一种能够使水珠在表面滑动或者迅速滚落的表面。
疏水表面的接触角通常大于90°，也就是说水珠在平面上的接触面积很小，而对于超疏水表面，接触角通常大于150°，水珠在表面上的接触点几乎为零。
这种特殊的性质与表面的微观结构密切相关。
疏水表面通常具有结构规则的微米和纳米级别的凹凸结构，如微柱、微球、微刺等，这些结构能够使水珠无法在表面上形成平坦的接触，从而流体分子与表面之间的结合力无法克服流体流动的惯性而发生滚落。
相比之下，超疏水表面则是由纳米级别的凸起结构组成，这些结构将水珠高度限制在表面上，水珠几乎无法与表面产生联系，形成飞滑状态。
二、疏水和超疏水表面的应用1. 自清洁和自清洁材料疏水表面具有自清洁性，能够使尘埃、污垢和其他不洁之物很容易地滑落，而无需用清洁剂清洗。
因此，能够应用于自清洁玻璃、自清洁建筑等领域。
超疏水表面应用于材料科学中的自清洁材料、防水材料等方面。
2. 液滴控制技术利用疏水和超疏水表面与液滴之间的作用力的差异，可以实现液滴的精准控制。
例如，疏水表面可用于液滴传输、液滴分离、液滴操纵和液滴切割等技术。
3. 防水和防腐蚀疏水材料可以用于制作防水和防潮的包装材料，它完全能够防止水分的侵入和破坏。
超疏水材料具有抗腐蚀性和耐用性，并可以作为抗污染、防腐蚀等领域中的重要材料应用。
三、液滴在疏水和超疏水表面的行为液滴在疏水和超疏水表面上的行为可以描述为以下几种。
1. 附着行为：在一些不同结构的疏水和超疏水表面上，小液滴能够停留在表面上并完全不移动。
这种特点可以在制作液晶屏等控制液滴位置的技术中得到充分利用。
疏水和亲水表面能曲线
疏水和亲水表面能曲线
疏水和亲水表面能曲线是描述液体在不同材料表面上的接触角变化的曲线。
接触角是指液体与固体表面之间的夹角，它反映了液体在固体表面上的相互作用性质。
对于疏水表面，液滴与固体表面接触面积较小，呈现出较大的接触角。
这是因为疏水表面具有较低的表面能，液体更倾向于保持自身形状而不与固体表面发生充分接触。
对于亲水表面，液滴与固体表面接触面积较大，呈现出较小的接触角。
这是因为亲水表面具有较高的表面能，液体更倾向于与固体表面发生充分接触。
疏水和亲水表面能曲线通常可以用Young方程来描述：
cosθ = (γsv - γsl) / γlv
其中，θ为接触角，γsv为固体-气体界面张力，γsl为固体-液体界面张力，γlv为液体-气体界面张力。
在疏水表面，由于固体-液体界面张力γsl相对较大，所以接触角较大。
在亲水表面，由于固体-液体界面张力γsl相对较小，所以接触角较小。
疏水和亲水表面能曲线的形状可以通过实验测量得到，并且通常显示出随着液滴大小的变化而变化。
疏水表面的曲线通常呈现出较大的初始接触角并趋于平缓，而亲水表面的曲线则呈现出较小的初始接触角并逐渐趋于水平。
这些曲线对于理解液体在不同表面上的润湿性和液滴形状具有重要意义，对于材料表面的应用和设计具有一定的指导作用。
亲水与超亲水、疏水、超疏水的接触角界限
亲水与超亲水、疏水、超疏水的接触角界限
在表面科学中，接触角是一个重要的概念，它用于描述液体与固体表面接触时的角度。
接触角越小，液体在固体表面上的粘附力越大，表面就越亲水；反之，接触角越大，液体在固体表面上的粘附力越小，表面就越疏水。
在这个基础上，又有超亲水、超疏水等概念。
亲水与超亲水的界限：一般认为，接触角小于5度的表面被称为超亲水表面。
超亲水表面的液体接触角非常小，甚至可以达到0度，液体在表面上会形成完美的薄膜，表面张力非常小。
这种表面的应用非常广泛，例如防水材料、自清洁表面等。
疏水与超疏水的界限：接触角大于90度的表面被称为疏水表面。
在疏水表面上，液体的粘附力非常小，液滴会在表面上形成球形，表面张力非常大。
超疏水表面的接触角大于150度，液滴在表面上几乎不会留下任何痕迹。
这种表面的应用也非常广泛，例如防污材料、防腐蚀材料等。
总的来说，接触角是一个非常重要的概念，它可以用来描述液体与固体表面的相互作用。
超亲水和超疏水表面的应用非常广泛，例如在防水、自清洁、防污、防腐蚀等方面都有着重要的应用。
疏水表面
复制模塑技术制备仿生超疏水表面的研究进展超疏水表面的概念1超疏水基本理论2复制模塑技术制备仿生超疏水表面3结语4主要内容一超疏水表面的概念表面的疏水性能通常用表面与水的静态的接触角和动态的滚动角描述。
超疏水表面是指与水的接触角大于150°而滚动角小于10°的表面。
自然界中许多植物叶片都具有超疏水性能,可以实现“自清洁”,其中以荷叶为最著名的代表,因此把这种自清洁功能称为“荷图1 不同表面水滴接触界面状态在疏水在材料表面构建粗糙结构如何得到超疏水表面用低表面能物质修饰粗糙表面如何得到超疏水表面实验表明：即使采用最低表面能的氟硅烷分子自组装修饰的光滑表面与水的接触角也不超120°，所以低表面能材料只是制备超疏水表面的基本条件，而具有足够粗糙度的微结构才是决定性的。
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,由于目前制备疏水表面的研究时间不长,虽然也提出了不少方法,但大多都存在成本高、工艺复杂、仪器昂贵等缺点。
图2 荷叶表面的双微光结构用扫描电子显微镜( scanning electron microscope，SEM) 观测了荷叶表面的微观结构，如图2所示。
从图2（a)和图2(b)可以清晰地看出，荷叶表面存在双微观结构，即微米尺度的微观结构和纳米尺度的微观结构。
图中大的白色块状结构为微米尺度的乳突，其尺度分布较均匀，特征尺度大小和间距约在10μm左右。
图2( c) 是单个乳突的高倍SEM 图，这就是纳米尺度的蜡质晶体，其形态为纤维状，单根纤维的直径大约为50～100 nm，其长度约为0.5～1μm ，间距约为100～200 nm。
图3 荷叶表面双微观结构模型从上面模型可看出：由于荷叶双微观结构的存在，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，使得水珠只与荷叶表面乳突上面的蜡质晶体毛茸相接触，显著减小了水珠与固体表面的接触面积，扩大了水珠与空气的界面，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。
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RESULTS AND DISCUSSION
RESULTS AND DISCUSSION
CONCLUSIONS
我们论证了桃皮表面具有两种类型的毛被。长毛被主要覆盖疏水性蜡分子， 而短毛被主要覆盖亲水性多糖。我们提出了cassie和wenzel态共存的特殊状 态来解释液滴与表面之间接触的润湿性以及高粘附力性质。同时也理论计算 了高粘附特性，结果与试验结果一致。这些超疏水和高粘附特性至关重要的 生物学意义。它可以使桃皮表面应用于减少水资源的流失，可见光辐射。更 重要的是，本发现为设计智能控制流体装臵提供了新的视角。
INTRODUCTION
植物和动物已经进化出最优的超疏水表面。如荷叶的自清洁，蝴蝶翅膀等。 超疏水黏附表面同时具有较大的接触角和较大的接触角滞后。如玫瑰花瓣，具
有超疏水性，而且具有高黏附力。这种超疏水高粘附力的表面可以用于智能流
体控制装置上。 因此，作为一个典型的例子，桃皮表面具有的超疏水性和高黏附性是果实保持
水分驱赶害虫的必要手段。由于其重要的润湿行为，我们期待从桃皮表面的微
纳米结构和化学成分来研究这种超疏水高黏附的表面。我们提出了特殊的 wenzel和cassie共存态来论证高黏附力和润湿特性。我们相信此研究可以帮助设 计智能流体控制装置。
Materials
所有化学试剂均为市售分析级试剂，直接使用没有做任何进一步提 纯。 新鲜桃皮从北京平谷区菜市场购得。
RESULTS AND DISCUSSION
RESULTS AND DISCUSSION
RESULTS AND DISCUSUSSION
RESULTS AND DISCUSSION
RESULTS AND DISCUSSION
反对称甲基
羟基 反对称及对称醚键C-O-C
2015/11/3
摘要
桃皮表面具有特殊的润湿性和黏附性。我们发现桃皮表面带有长的
或者短的毛被。长毛主要为疏水性蜡分子，短毛主要为亲水性多糖。
因而逃跑表面具有准超疏水特性和高黏附性。水滴在桃皮表面即使 翻转也不会滚落。定义这种情况为桃皮效应。我们提出这种准超疏 水态且高黏附力主要因为水滴同时处于wenzel和cassie态。