超疏水材料的制备及其表征
超疏水材料介绍
自然界中的超疏 水现象
特殊浸润性界面材料 —— 超疏水材料介绍
1.2 影响表面浸润性的因素
影响因素
表面微细结构：Wenzel模型和Cassie模型 表面自由能：化学结构、组成
1.2.1 表面微细结构的影响
(1) Wenzel模型
现象：特殊的表面微细结构能够 增加疏水表面的接触角，减小亲 水表面的接触角。
Wenzel理论：粗糙表面的存在 使得实际上的固液接触面积要 大于表观几何上观察到的面 积，于是增加了疏水性或者亲 水性。
铜-铁酸盐薄膜随晶体生长时间的SEM图
2.2 模板法 模板法制备超疏水性涂层具有操作简单、重复性好、纳米线径比可控等 优点。
荷叶 表面
应用1：南京工大自然科学基金项目做的类荷叶表面疏水结构的SEM图片
PS阴模SEM图
PVA阴模SEM图
PDMS表面图
应用2：Shang等用聚碳酸酯微孔膜做模板，放在由正硅酸乙酯及甲基丙 烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS)配置好的溶胶上，待溶剂蒸发，经500°热 处理去除模板，得到均一竖直排列纳米棒状表面。如下图：
若θ﹤90°，则θ’﹤θ，则亲水性随粗糙度的增加而增加； 若θ﹥90°，则θ’﹥θ，则疏水性随粗糙度的增加而增加。
两个基本前提： ①基底的表面粗糙度与液滴的大小相比可以忽略不计； ②基底表面的几何形状不影响其表面积的大小。 ③适用于中等亲水或者疏水表面。
(2)Cassie模型----气垫模型
超疏水材料.
目录
01 超疏水高分子材料的综述
02 超疏水材料的制备
03
超疏水材料的应用
04
研究展望
超疏水高分 子材料的综 述
超疏水的概念
表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触 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。 接触角通常是用接触角测定仪来获得。
超疏水表面的制备
制备原理
一种是在粗 糙表面修饰 低表面能物 质
一种是将疏 水材料构筑 粗糙表面
超疏水表面（材料）制备方法
1、模板法
模板法也称复制模塑法，自20世纪90年代提出以来已经 得到了广泛应用。进入21世纪，复制模塑技术也深入到 超疏水表面的制备研究中，尤其是在仿生超疏水表面的 复制中有着独特的优势。 步骤： 1、复制模塑法是指先用一种预聚物A（一般为PDMS，有 时也可采用溶液）复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微 结构； 2、固化A并从荷叶表面剥离，得到负型结构的软膜板B， 然后以此软膜板为图形转移元件，将其表面的负型结构 转移到其他材料C表面，经过2次复制最终得到与荷叶表 面特征相似的仿荷叶微结构。
Cassie模型：气垫模型（由空气和固体组成的固体界面）
超疏水表面的形成原因
固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定： 化学组成结构是内因： 低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果， 研究表明，光滑固体表面接触角最大为120°左右。 表面几何结构有重要影响： 具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表 面的疏（亲）水性能
液面张力
由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面，Wenzel和Cassie对粗糙表 面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论
聚碳酸酯超疏水表面的构建及其表征
（ ｎ ｌｔ ａ ｄＴ ｓ ｎ ｅ ｔ ， ｏ ｔ ｈｎ ｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇ ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ ， ｈｎ ） Ａ ａ ｉ ｌ ｎ ｅｔ ｇＣ ｎｅ Ｓ ｕｈＣ ｉａＵ ｉｅｓ ｙｏ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０ Ｃ ｉａ ｙｃ ａ ｉ ｒ ｔ
第４ ０卷 ， ４期 第
２１ ０ ２年 ４月
工
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塑
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超疏水性聚苯胺微-纳米结构的制备及防腐性能研究
超疏水性聚苯胺微-纳米结构的制备及防腐性能研究超疏水性聚苯胺微/纳米结构的制备及防腐性能研究引言：随着科技的快速发展，材料科学领域的研究进展日新月异。
在防腐领域，超疏水性材料被广泛应用于防腐涂料、防冻材料等方面。
聚苯胺是一种常用的聚合物材料，具有良好的导电性和化学稳定性，可用于制备超疏水性材料。
本研究旨在通过制备聚苯胺的微/纳米结构，探索其在防腐方面的应用潜力。
一、制备超疏水性聚苯胺微/纳米结构1. 原料准备用苯胺作为单体，过硫酸铵作为引发剂和氯化铁作为氧化剂制备聚苯胺。
2. 制备聚苯胺微/纳米结构将聚苯胺溶液放入容器中，并在其表面放置一种粘度较低的溶液，形成“液滴法”。
利用旋涂或浸渍法在基材上制备聚苯胺微/纳米结构。
3. 热处理将制备好的聚苯胺微/纳米结构置于高温炉中进行热处理，使其具有更高的结晶度和完整的表面。
二、表征聚苯胺微/纳米结构的超疏水性质1. 扫描电子显微镜（SEM）观察使用SEM观察聚苯胺微/纳米结构的形貌和粒径分布。
2. 接触角测量使用接触角仪测量聚苯胺微/纳米结构对水的接触角，以评估其超疏水性质。
3. X射线衍射（XRD）分析通过XRD分析研究不同热处理条件下聚苯胺微/纳米结构的结晶性能。
三、超疏水性聚苯胺微/纳米结构的防腐性能研究1. 腐蚀试验将超疏水聚苯胺微/纳米结构应用于金属基材表面，进行盐雾腐蚀试验，评估其防腐性能。
2. 天气老化试验将超疏水聚苯胺微/纳米结构暴露在室外自然环境中，通过观察其表面氧化和耐磨性评估其防腐性能。
3. 超疏水性的机理研究通过表面能理论和结构分析，探索聚苯胺微/纳米结构超疏水性的形成机理。
结论：本研究通过制备超疏水性的聚苯胺微/纳米结构，成功实现了其在防腐领域的应用。
实验结果表明，聚苯胺微/纳米结构具有良好的超疏水性能和优异的防腐性能。
这种材料可以广泛应用于防腐涂料、防腐包装材料等领域，并具有较高的应用前景。
未来的研究可以进一步探索聚苯胺微/纳米结构的制备方法和防腐性能的优化通过对聚苯胺微/纳米结构的研究，我们成功实现了其在防腐领域的应用。
超疏水材料的设计与制备
超疏水材料的设计与制备近年来，超疏水材料备受关注，因其在自洁、防污、抗污染等领域具有广泛应用前景。
本文将讨论超疏水材料的设计原理以及制备方法。
一、超疏水材料的设计原理超疏水材料的疏水性主要取决于其表面的微观结构和化学成分。
常见的超疏水材料设计原理包括微结构模仿与表面修饰两种。
微结构模仿是通过模仿自然界中一些生物体表面的特殊结构，实现超疏水性。
例如，莲叶表面是超疏水的，其疏水性能源于其微米级的细疙瘩结构和纳米级的蜡质颗粒。
将这种微结构复制到材料表面，可以使其具有类似的超疏水性能。
表面修饰是通过在材料表面改变其化学成分，实现超疏水性。
这种方法通常包括两个步骤：首先，将材料表面处理成亲水性；然后，通过化学反应将亲水表面转变为疏水表面。
具体的表面修饰方法包括化学气相沉积、溶液浸渍和化学修饰等。
这些方法可以改变材料表面的化学成分，使其具有疏水性。
二、超疏水材料的制备方法超疏水材料的制备方法多种多样，根据具体需求的不同，选择适合的制备方法至关重要。
下面将介绍几种常用的制备方法。
1. 纳米粒子法纳米粒子法是一种常见的制备超疏水材料的方法。
首先，通过化学合成或物理方法获得一定大小的纳米粒子；然后，在材料表面涂覆一定厚度的纳米粒子，形成类似于莲叶表面的微结构，从而实现超疏水性。
2. 化学修饰法化学修饰法是通过在材料表面进行一系列的化学反应，改变其化学成分，实现超疏水性。
常用的化学修饰方法包括硅烷偶联剂修饰、金属有机骨架材料修饰等。
3. 高分子涂层法高分子涂层法是通过在材料表面涂覆一层高分子材料，形成一定的表面结构和化学成分，实现超疏水性。
常用的高分子材料包括聚四氟乙烯、聚合物聚合方法和聚合物共挤出法等。
三、超疏水材料的应用前景超疏水材料具有广泛的应用前景。
以下是几个典型的应用领域。
1.自洁涂料超疏水涂料能够使涂层表面形成微细的颗粒结构，使污染物无法附着在涂层表面，从而实现自洁效果。
这种自洁涂料可以应用于建筑、汽车、船舶等领域。
超疏水材料的制备与运用学生创新实验
广摇 州摇 化摇 工 Guangzhou Chemical Industry
Vol郾 46 No郾 15 Aug郾 2018
教学园地摇 摇 超疏水材料的制备与运用学生创新实验
田摇 文, 蒋摇 炜, 李摇 季
( 四川大学化学工程学院, 四川摇 成都摇 610065)
摘摇 要: 以超疏水材料的制备与运用作为本科生创新实验素材, 旨在让本科生结合所学专业知识制定新材料的制备方法,
对新材料的检测手段有初步认识, 同时要求学生通过文献调研设计超疏水材料的运用实验提高其实验创新能力, 以期通过学科知 识的交叉扩宽学生知识面, 激发学生的科研热情。 该创新实验锻炼较强的文献调研能力, 实验动手及实验结果分析能力。
Key words: super-hydrophobic materials; preparation and application; innovative experiment
超浸润性材料是表面科学研究的前沿, 利用具有独特浸润 本科生对科研的热情。
性的超亲水或超疏水表面可实现极具前景的新工艺技术的开 发。 超疏水的定义是水在其表面稳定接触角要大于 150毅, 滚动 接触角小于 10毅[1] 。 现已知的表面能最低的物质表面对水滴的 接触角也只有 120毅, 不可能形成超疏水。 目前制备超疏水材料 的方法有化学刻蚀法[2] 、 模板法[3] 、 电化学沉积法[4] 等。 由于 超疏水材料在防结冰防霜[5-6] 、 油水分离[7] 、 自清洁[8] 等工程 领域均具应用潜力得到了广泛研究者的关注。 任课教师选择以 超浸润性材料为对象开设涉及表面科学的实验项目, 目的在于 学生通过自行制备具有不同表面浸润特性的金属材料并测定表 面能变化, 明确表面能与浸润性的关系, 并通过调研结合当前 最新研究成果提出自主设定的超浸润材料的应用方案并实施。
超疏水环氧树脂复合材料的制备
用前景 。研 究表 明，增强表面超疏 水性能主要有 两种途径：在 低表 面能物质 上构筑粗糙结构，或者在 表面粗糙结构上用低 表面能物质进 行修饰 。基于这两 种思 路，研 究者 们发 现 了大量制 备超 疏水 表面 的方 法 ，如 ：模板法 ， ］ 、沉积法 ｎ 卜 ］ 、刻蚀法 阳 ＇ Ｍ 、
摘 要 ：使用简 单的高压 喷射法 ，在环 氧树 脂复合材 料基底 上制备 出了超疏水表 面。通过扫描 电子显微镜和 接触角测 试仪对超 疏水环氧树 脂复合材料表 面的形貌和 润湿性能进 行表征和 分析。研究结果表 明：制 备的 Ｐ Ｄ Ｍ Ｓ ／纳米 Ｓ ｉ Ｏ ， 涂 料 中纳米 Ｓ ｉ Ｏ 与液体 Ｐ Ｄ Ｍ Ｓ重量 比为 ４ ： １ ３时，涂层表面超 疏水性能较佳 ，涂层与水的接触角达到 １ ５ ６ ±２ 。。 关键 词 ：环 氧树 脂 ；复合材料 ；超疏 水；高压喷射法 ；接
静 电纺丝法 、溶胶凝胶法等 。 环氧 树脂 复 合材 料具 有稳 定性 好 、耐热 性好 、 绝缘性高、减 震性能好等特 点，是 一种重要 的包装用
１ ． ２超 疏水 涂料 的配 置
（ ｉ ）准 确 称 量 ４ ｇ纳 米 Ｓ ｉ Ｏ 颗 粒 充 分 分 散 在
６ ０ ｇ乙酸 乙酯溶液 中，再加入 ｉ ｉ ｇ水解后 的 Ｋ Ｈ ５ ５ ０ ， 用高速搅拌器搅拌 ２～ ３ ｈ ，形成均匀溶液 ； （ ２ ）将 １ ３ ｇ 液体 Ｐ Ｄ Ｍ Ｓ 加入到 ４ ０ ｇ乙酸 乙酯 中， 形成均 匀溶液后 加入到 上述 （ １ ）溶液 中，再用高速 搅拌器搅拌 １ ～ ２ ｈ使溶液均匀 ； （ ３ ）用 二丁基二 月桂酸锡和 正硅酸 乙酯加入 到 上述 （ ２ ）溶液 中，搅拌均匀后形成超疏水涂料 。
小时 即可获得超疏水表面 。
超疏水涂层的制备方法
超疏水涂层的制备方法超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的涂层，能够使涂层表面具有极强的疏水性能，使液体在其表面形成高度球形滴，并迅速滚落。
超疏水涂层的制备方法有多种，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学法制备超疏水涂层化学法是制备超疏水涂层的常用方法之一。
该方法通过改变涂层表面的化学组成和结构，使其表面具有较高的疏水性。
常用的化学法包括溶液浸渍法、沉积法和化学修饰法等。
溶液浸渍法是一种简单且经济的制备超疏水涂层的方法。
该方法将含有疏水性物质的溶液浸渍到基材表面，通过溶液中的疏水性物质沉积在基材表面，形成超疏水涂层。
常用的疏水性物质有氟碳化合物、硅烷类物质等。
沉积法是将疏水性物质通过物理或化学方法沉积在基材表面，形成超疏水涂层。
常用的沉积方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法等。
通过调控沉积条件和沉积时间等参数，可以使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能。
化学修饰法是通过化学反应改变基材表面的化学组成和结构，使其具有超疏水性。
常用的化学修饰方法有氧化、硫化、氮化等。
通过调控修饰剂的浓度、温度和反应时间等参数，可以实现对涂层表面化学性质的调控，从而获得超疏水涂层。
2. 物理法制备超疏水涂层物理法是制备超疏水涂层的另一种常用方法。
该方法通过改变涂层表面的物理结构，使其具有较高的疏水性。
常用的物理法包括模板法、溶剂挥发法和电沉积法等。
模板法是一种通过模板的作用使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能的方法。
常用的模板材料有聚合物模板、金属模板等。
通过在模板上沉积涂层材料，然后将模板去除，可以获得具有微纳米结构的超疏水涂层。
溶剂挥发法是一种通过溶剂的挥发使涂层表面形成微纳米结构的方法。
该方法将含有聚合物材料的溶液涂覆在基材表面，然后通过溶剂的挥发，使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能。
电沉积法是一种通过电化学反应在基材表面沉积涂层材料，使其形成超疏水涂层的方法。
通过调控电流密度、电解液成分和电沉积时间等参数，可以控制涂层的微纳米结构和化学组成，从而获得具有超疏水性的涂层。
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超疏水材料的制备及其表征
近年来，超疏水材料在各个领域被广泛应用。
超疏水材料的制备和表征成为了
当前研究的热点问题。
本文将介绍超疏水材料的制备方法及其表征手段。
一、超疏水材料的制备方法
超疏水材料的制备方法主要包括可控表面粗糙化、表面化学修饰和特殊涂层三
种方法。
1.可控表面粗糙化
可控表面粗糙化是制备超疏水材料的一种常用方法。
通过长期算法、电解蚀刻、阳极氧化等方法，可以在普通表面上形成各种化学及物理结构的表面粗糙化。
通过不同结构和尺度的表面粗糙化可以得到不同类型的超疏水材料。
2.表面化学修饰
表面化学修饰通常是通过改变表面化学功能团或化学键的种类和密度等手段来
实现的。
这种方法一般用于特殊场合，例如在生物医学领域制备超疏水材料等。
3.特殊涂层
特殊涂层是制备超疏水材料的另一种方法。
通过是原位合成、溶液浸渍、离子
束沉积、以及等离子体蒸汽沉积等方法，可以在普通表面上添加不同材料的涂层，从而得到不同类型的超疏水材料。
二、超疏水材料的表征手段
超疏水材料的表征手段主要包括显微镜、接触角计、气-液吸附法及表面粗糙
度计等。
1.显微镜
针对表面微观结构的研究，显微镜是一种好的表征手段。
分别可以利用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等技术来研究其表面结构与形貌。
2.接触角计
接触角是表征超疏水性的关键指标之一。
通过测量角度可以获得材料与液体的
表面张力，并根据静电学的理论公式进行计算。
当接触角大于150度时，即可认为材料为超疏水性。
3.气-液吸附法
气-液吸附法可以直接测定材料孔径及比表面积。
该手段用于评价材料内部微
结构与机理。
4.表面粗糙度计
表面粗糙度计是一个用于测量材料表面形貌参数的工具。
通过测量表面高度和
微观成分等参数来获得显示材料表面粗糙度的图像。
三、结论
目前，超疏水材料的制备和表征技术已经比较成熟。
通过对超疏水材料的表征，可以更加深入地理解其性质和应用场景，从而更好地推动超疏水材料的研究和应用。
未来随着化学和材料领域的不断发展，相信超疏水材料会有更多的应用前景。