超疏水材料.
对超疏水材料制备方法的探究
摘要：近年来,水材料展示了其特有的优势,响[1]。
在本文中,重要的意义。
关键词：超疏水;材料;纳米材料1.引言查阅相关文献，对仿生超疏水结构的研究。
通过对生物体构的研究，表面构建超疏水膜的研究，材料更好地结合。
2.超疏水的机理铺展能力，早在古代，濯清涟而不妖”这样的美好诗句。
清洁效应引起了广泛的关注。
接触角小于90触角小于5°，则认为其超亲水，固体的表面自由能越大，的表面张力都在100 mN/m 其的表面自由能与液体大致相当，约在人们提出，在理想的固体()(σg s =- 式中σ(s-g)、σ(s-l)和σ(l-g)：θ0图 扬氏方程是一个理想化的模型。
图2 层层组装法制超疏水材料溶液浸泡法通过控制金属在刻蚀剂中的浸泡时间，可以得到粗糙的金属表面。
将金属如铜、硝酸和双氧水的混合溶液刻蚀后，在表面上出现了粗糙不平的结构，经过疏水试剂的接枝后表面呈现超疏水的性质，刻蚀后的表面结构如图3所示。
而对这些材料的稳定性进行了一系列的表征，发现超疏水材料在腐蚀环境中也展现了良好的稳定性[5]。
图3.3电化学方法[6]与水的接触角为152何修饰即可实现超疏水。
图3.4模板法通过揭起软刻蚀的方法，印在荷叶的表面，PDMS 整的BP-AZ-CA 3.5气相沉积法利用化学气相沉积(CVD)的阵列碳纳米管膜，如图6所示动角都小于5动角的主要原因。
图6 气相沉积法制备超疏水材料4.对制备超疏水材料的建议和想法超疏水表面的制备方法有很多种，现今有这么两种：第一种是在超疏水材料的表面构筑粗糙的微纳米级别的结构，即我们之前所说的传统制备方法；第二种则是对表面进行化学改性，在表面形成具有低表面能的纳米结构。
由于之前做过有关功能化化学转化膜对于防腐于是我猜想，同样可以用在超疏水材料膜上接上官能团的方法，进行改性。
通过检测超疏水材料上已有的自由基，选择另一端可与基底连接的合适的偶联剂添加，一端与超疏水材料上的基团连接，形成双面都功能化的疏水层基本结构。
超疏水涂层原理
超疏水涂层原理
超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的材料，其表面具有超疏水性，能够抵抗水和其他液体的附着，从而实现自清洁和自润滑的效果。
这种材料可以应用于许多领域，如汽车、电子、建筑、医疗等，具有广泛的应用前景。
超疏水涂层的原理是基于其表面微结构的特殊性质。
超疏水涂层的表面通常由微米级别的尺寸和纳米级别的结构组成，这些结构可以有效地减少液体与表面之间的接触面积，从而使液体在表面上形成球状，类似于荷叶上的水珠。
这种球状液体可以很容易地滑落，从而实现自清洁和自润滑的效果。
超疏水涂层的制备过程通常包括两个步骤：表面修饰和涂层制备。
表面修饰是为了增加表面的微结构和化学反应活性，通常采用等离子体处理、化学修饰和电化学氧化等方法。
涂层制备则是为了将修饰后的表面覆盖一层超疏水材料，通常采用溶液法、电化学沉积、喷涂和离子束沉积等方法。
超疏水涂层的应用非常广泛。
在汽车领域，超疏水涂层可以应用于车身、玻璃、轮毂等部位，可以有效地减少水珠和污垢的附着，从而提高车辆的安全性和运行效率。
在电子领域，超疏水涂层可以应用于电子器件表面，可以防止水和其他液体的进入，从而提高电子器件的稳定性和可靠性。
在建筑领域，超疏水涂层可以应用于建筑
墙面、屋顶和玻璃幕墙等部位，可以有效地防止水和污垢的滞留和污染，从而保持建筑物的美观和清洁。
在医疗领域，超疏水涂层可以应用于医疗器械表面，可以防止细菌和病毒的附着，从而提高医疗器械的安全性和卫生性。
超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的材料，其应用领域广泛，具有很高的应用价值。
未来，随着材料科学和技术的不断发展，超疏水涂层的制备技术和应用领域将得到进一步拓展和深化。
超疏水在防冰领域的应用_概述说明以及解释
超疏水在防冰领域的应用概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在寒冷的冬季或低温环境下，结冰是许多领域面临的常见问题，如航空航天、建筑工程和汽车交通等。
结冰会导致设备故障、交通拥堵甚至危及人员安全。
因此，开发出一种高效可靠的防冰技术对于解决这些问题具有重要意义。
超疏水表面作为一种新兴的防冰材料，在近年来引起了广泛关注。
超疏水材料具有特殊的表面性质，能够迅速排除液体并减少固体与液体之间的接触面积，从而使水滴无法在其上停留或凝聚。
这种表面具有自清洁、抗污染和耐用性等显著特点，并表现出优异的防冰性能。
1.2 文章结构本文将围绕超疏水材料在防冰领域的应用展开探讨。
首先，我们将介绍超疏水的基本原理，包括其定义、特点以及制备方法。
然后，我们将详细探讨超疏水表面在防冰领域中的优势和应用案例，涵盖航空航天、建筑工程和汽车交通等不同领域。
接着，我们将重点分析超疏水技术面临的挑战与问题，包括温度、湿度对超疏水性能的影响以及使用寿命和环境友好性等方面。
最后，在结论部分，我们将总结超疏水技术在防冰领域的应用现状，并提出未来研究和发展方向。
1.3 目的本文旨在全面介绍超疏水材料在防冰领域中的应用概况，并深入探讨其基本原理、制备方法以及存在的挑战与问题。
通过对超疏水技术的剖析，希望能够增加人们对该技术的了解并促进其在实际应用中的推广和发展。
相信这将为解决结冰问题提供新思路，并为相关领域未来发展提供参考依据。
2. 超疏水的基本原理:超疏水表面的定义与特点:超疏水表面是指具有极高接触角（通常大于150度）的表面，也被称为“莲叶效应”表面。
在超疏水表面上，液滴会形成近乎球形，并迅速滑落而不附着于表面，几乎不留下任何液滴残留。
这种特殊性质使得液体在其上方能够呈现出高度的流动性，使其对冰和水的附着与积聚能力几乎为零。
超疏水表面的制备方法:目前，主要有以下几种方法来制备具有超疏水性能的表面：1. 微纳米结构改变：通过在材料表面引入微纳米级别的结构改变，例如将材料进行刻蚀、纳米苇结构设计等等，从而增加其物理特性和化学反应活性。
超疏水材料介绍
表观接触角和本征接触角的关系
(3)光滑表面的局限性
① 对一个表面如果仅仅采用化学方法处理，通常仅能使接触角增加到120°
②对于超疏水的自清洁表面，水珠滚落的去污能力比滑落强，而倾斜的光滑表面水 珠多处于滑动状态，见下图。
(4)自然界中动植物超疏水表面结构图
莲花表面
Nature 2004,432, 36)发表
2.5 电纺技术
典型应用：Rutledge等用电纺技术制得PS和PS-b-
PDMS的共混物纤维，如右图。由于PDMS表面能低且
与PS的相容性很差，共混物在纺丝过程中发生相分离
且PDMS向表面富集。电纺得到的混合聚合物无纺布
表面自身所具有的粗糙度及PDMS的富集共同作用，
是接触角达到163°。
电纺法制备的超疏水无纺布的典型形貌
特殊浸润性界面材料 —— 超疏水材料介绍
超疏水材料的影响因素 材料表面结构和疏水性的关系 超疏水表面的制备方法及应用 研究展望
一.超疏水材料的影响因素
1 浸润性是材料表面的重要特征之一。根据水对材料表面润湿性的不同将 材料表面分为亲水性表面和疏水性表面。 1.1 浸润性的表征
接触角：通常以接触角θ表征液体对固体的浸润程度。接触角由表面张
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
核心：Cassie和Baxter指出，液滴在粗糙表面的接触是一种复合接触。 复合接触：微细结构的表面因为结构尺度小 于表面液滴的尺度，当表面疏水性较强时， Cassie认为在疏水表面上的液滴并不能填满 粗糙表面上的凹槽，在液珠下有截留的空气 存在，于是表观上的液固接触面其实由固体 和气体共同组成，见右图：
超疏水材料的制备及其表征
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。
超疏水材料的研究进展
超疏水材料的研究进展摘要：对植物叶表面的超疏水现象研究表明：植物叶表面的微观结构是引起超疏水的根本原因。
本文通过对荷叶表面的研究得到超疏水材料具有的特点：微纳米尺度复合的阶层结构。
通过相分离方法得到超疏水材料，最后对超疏水材料的研究趋势作了展望．关键词：超疏水材料微纳双重结构接触角滚动角Abstract：By studying the nature superhydrophobic bio-surfaces indicates that : the incooperation of micro-structure and nano-structure are both important for the superhydrophobic materials. Such structures are the key for the superhydrophobic material . The phase separation method is employed to prepare the superhydrophobic materials. The latest trends in the study of superhydrophobic materials are also discussed．Key words：Superhydrophobic materials；Micro-structure and nano-structure ; Contect angle; Roll angle引言近年来，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。
固体表面浸润性研究的就是材料的疏水能力。
浸润性是指液体可以渐渐渗入或附着在固体表面的特性。
接触角和滚动角是评价固体表面浸润性的重要指标。
所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大于150º。
超疏水材料发展趋势
江雷研究小组采用化学气相沉积法构建了表面具有纳米
亚微米的双微观结构的Zn0薄膜，测得这种薄膜的静态接触 角可高达164.3°， Zn0薄膜具有如此优良的疏水性能更进 一步印证了纳米亚微米的双微观结构是构建超疏水表面的必 要条件。该小组还通过反复实验探究了Zn0薄膜超疏水性与 亲水性之间的可逆转变。与此同时，他们还在石英基底上采 用化学气相沉积法构建了阵列碳纳米管(ACNT)膜测得该膜 表面的静态接触角为158.5°，如果对该膜用氟硅烷进行修 饰后，碳纳米管膜表现良好的超双疏性(既疏水又疏油)，测 得油和水的静态接触角分别为161°和171°。
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在微流体控制方面的应用
超疏水材料表面所具有的不浸润性及低表面粘滞力，使 其在微流体控制应用方面也有十分出色的表现。比如控制微 液滴的运动和流动，并以此制造微液滴控制针头，使得在实 验或者生产过程中对液体滴加计量能够精确控制，实验试剂 的添加将更得心应手。如果将这类技术运用到诸如静电喷涂 领域，比如用超疏水材料制造喷漆喷胶等的喷头，将会使喷 涂的液滴更加均匀，雾化效果更好，可以运用在对喷涂效果 有特殊要求的场合。另外如果以这类材料制作毛细管类的材 料，将会使液滴的虹吸量更少，可以制造体积更小精密度更 高的液体传输设备。
在倾斜表面，在水滴即将滚落下的临界状态下，水滴前部和尾部形 成两个不同的接触角θa和θr。接触角滞后值是这两个角的差值，可以用 于表征固体表面所呈现出的亲－ 疏水状态。液滴的滚动特性随着该接触 角的滞后值的上升而减弱。
综上所述，固体与液体的相互浸润性的好坏及其所表现出的亲－ 疏 水性是由接触角和滚动角两者共同表征。接触角越大和滚动角越小说明 材料表面的疏水性越强。
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在船舶提高浮力方面的应用
据实验观察不论是在水面的滑行、跳跃还 是快速掠过水黾都既不会滑破水面更不会浸湿 腿部。因而也就被美誉为“池塘中的溜冰者”根 据这一现象科学家经过论证得出水水黾特殊腿 部微纳米结构和水面间形成的“空气垫”阻碍了 水黾的浸润,让它们实现了自然界版的“水上漂”。 据了解利用新型超疏水材料制成的超级浮力材 料河以使船表面具有超疏水性并因此在其表面 形成具体版的“空气垫” 改变船与水的接触状态 防止船体表面被水浸湿进而使其在水中运行的
《生物质超疏水材料》课件
PART FOUR
生物质来源：选 择天然、可再生 的生物质材料， 如木材、秸秆、 玉米芯等
预处理方法：对 生物质材料进行 粉碎、研磨、筛 分等预处理，以 提高材料的表面 粗糙度和孔隙率
材料选择标准： 选择具有良好疏 水性能的生物质 材料，如具有高 亲水性和低疏水 性的纤维素、半 纤维素等
超疏水性：表面具有超疏水性，水滴不易附着 自清洁性：表面具有自清洁性，易于清洗 耐腐蚀性：表面具有耐腐蚀性，不易被腐蚀 耐高温性：表面具有耐高温性，不易在高温下变形
生物质超疏水材料具有优异的耐久性，能够长时间保持其疏水性能。 生物质超疏水材料在户外环境中能够抵抗紫外线、酸雨等恶劣环境的侵蚀。 生物质超疏水材料在室内环境中能够抵抗高温、高湿等恶劣环境的侵蚀。
研究进展：近年来， 超疏水材料的研究取 得了显著进展，如纳 米材料、生物质材料 等
防水防污：应用于建筑、汽车、 船舶等领域
自清洁：应用于太阳能电池板、 玻璃幕墙等领域
抗腐蚀：应用于化工、石油、 天然气等领域
生物医学：应用于医疗器械、 生物传感器等领域
物理沉积法：通过物理沉积 方法制备超疏水材料
化学合成法：通过化学反应 制备超疏水材料
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在污水处理领域，生物质超疏水材 料可以用于油水分离，提高污水处 理效率。
在食品加工领域，生物质超疏水材 料可以用于油水分离，提高食品加 工的安全性和卫生性。
建筑领域：作为外墙涂料，提高建筑物的防水性能 农业领域：作为土壤改良剂，提高土壤保水性能 环保领域：作为污水处理剂，提高污水处理效率 医疗领域：作为生物医用材料，提高生物相容性
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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
Wenzel模型
Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何 上观察到的面积，从而对亲（疏）水性产生了增强的作用。
Cassie模型
超疏水材料的应用
新型超疏水材料的应用将十分广泛： 沙漠集水 远洋轮船传递涂料，可以达到防污、防腐的效果； 室外天线上，建筑玻璃，汽车、飞机挡风玻璃上，可以防积雪，自清 洁； 冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面上，凝聚水、结霜、结冰现象； 天然气、石油管道内壁表面超疏水分子膜； 用于微量注射器针尖，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由 此带来的对针尖的污染； 防水和防污处理； ..........
接触角和滚动角
接触角的滞后性
真实固体表面在一定程度上或者粗糙不平或者化学组成不均一，这就使得实 际物体表面上的接触角并非如Young方程所预示的取值唯一。而是在相对稳 定的两个角度之间变化，这种现象被称为接触角滞后现象，上限为前进接触 角θ₁，下限为后退接触角θ₂，二者差△θ= θ₁- θ₂定义为接触角滞后性
谢谢！
沙漠集水器
沙漠集水
轮船船底涂料
天然气管道内表面超疏水分子膜及其防腐性能
天然气管道表面经超疏水改性前后腐蚀液滴的浸 润的性质，它对固体的其它 各种表面特性都有影响。目前对固体材料的润湿性的控 制、超疏水涂料工业化的研究仍很有限，有待进行详尽 的探索。超疏水涂料涉及表面科学、纳米科技、材料科 技等众多领域，是一种工业上非常重要的技术，在医药 、生物科技、化学工程领域也具有广阔的应用前景、是 纳米科技的应用体现之一。 待解决问题；机械稳定性问题、老化问题、成本、制备 工艺，工业化、产业化、商业化，以及更深层次的理论 研究。
模板法
2.等离子体法
等离子体：是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离 后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它广泛存 在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在 的第四态。 等离子体法原理：利用等离子体对表面进行处理，获得 粗糙结构，从而得到超疏水性的材料表面。 优点：快速、选择性高、表面均匀 缺点：设备昂贵，且不利于大面积制备。
不同表面水滴接触界面状态
自然界的启示
自然界不会活性聚合，也不会乳液聚合， 却可以有着比任何人工合成材料更好的 疏水性能——所谓“超疏水”的生命现 象
蝉翼表面的超疏水结构
蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成，纳米柱的直径大约在80nm，纳米 柱的间距大约在180nm。规则排列纳米突起所构建的粗糙度使其表面稳定吸 附了一层空气膜，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。
超疏水基本理论
材料的浸润性是由表面的 化学组成和微观几何结构 共同决定的，通常以接触 角θ表征液体对固体的浸润 成度。
Young方程
Wenzel方程
Cassie方程
对于光滑、平整。均匀的固体表面，Thomas Young在 1805年提出了接触角与表面能之间的关系，即著名的 Young方程（Young Equation）: γSV = γSL + γLV×cosθe γSV γSL γLV分别为顾气、固液、液气间的
3.化学气相沉积法
原理：两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室 内，然后它们相互之间发生化学反应，形成一种新的材 料，沉积到晶片表面上。化学气相沉积法是传统的制备 薄膜的技术。
特点：该方法成本较高，一般用于一些特殊材料的制备 。
4.静电纺丝法
静电纺丝：静电纺丝就是高分子流体静电雾 化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是 微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行 相当长的距离，最终固化成纤维。 特点：电纺丝具有设备简单，可大面积快速 制备，工艺可控等特点，适用于工业化生产 。但它的一个较大缺点就是表面微结构的可 控性与均匀性比较差。
超疏水的表征量
静态接触角：越大越好 滚动角：越小越好
滚动角（SA）：滚动角是指液滴在 倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表 面与水平面所形成的临界温度。等于 前进角和后腿脚之差。 前进角：液固界面取代气固界面后形 成的接触角叫做前进角； 后腿角：气固界面取代液固界面后形 成的接触角叫做后退角。