超疏水性能测定
超疏水现象及应用
利用化学气相沉积法在石英基底上制备了各种图案结构的阵列碳纳米管膜, 结 果表明 , 水在这些膜表面的接触角都大于 160° , 滚动角都小于 5° , 纳米结构 与微米结构在表面的阶层排列被认为是产生这种高接触角、低滚动角的原因。
利用 CVD法得到的阵列碳纳米管膜的 SEM照片: ( a,b).蜂房结构 (不同放大倍数 ) ,
结构。
模板法
复制模塑技术制备仿生超疏水表面 的操作示意图
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。
荷叶表面双微观结构模型
• 通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为 161.0°±2.7º和2º。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。
• 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。
的黏附及由此带来的对针尖的污染； – 防水和防污处理； – ………
沙漠集水 器
轮船船底涂料
轮船底部的低表面能防污涂料
海洋生物会在 船底板生长， 增加船底粗糙 度。
超疏水性自清洁涂料 防冰雪涂料
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； – 远洋轮船船底涂料，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
超疏水材料的润湿性能
超疏水材料的润湿性能超疏水材料是一种新型材料，具有出色的润湿性能。
润湿性能是衡量材料表面与液体之间相互作用的重要指标。
超疏水材料的润湿性能得到了广泛的关注和研究。
本文将从润湿的基本原理、超疏水材料的制备方法以及应用前景等方面，探讨超疏水材料的润湿性能。
润湿是指液体在固体表面上的展开程度。
根据展开的程度，可以将润湿分为完全润湿、不完全润湿和不润湿三种状态。
润湿性能主要取决于固液相互作用力、表面形貌以及表面能等因素。
而超疏水材料则是通过合理设计表面结构和改善表面性质，使材料具有极低的液体接触角，从而呈现出超疏水性质。
超疏水材料的制备方法有很多种，其中常见的方法包括化学改性、纳米改性和激光刻蚀等。
通过表面化学改性，可以改变材料的表面能，从而提高材料的润湿性能。
纳米改性则是在材料表面上引入纳米结构，增加表面积，从而增强液体与材料的相互作用力，提高润湿性能。
激光刻蚀是一种先进的制备方法，可以通过控制激光参数和刻蚀方式，在材料表面形成微纳米结构，从而实现超疏水性质。
超疏水材料在许多领域具有广阔的应用前景。
在生物医学领域，超疏水材料可以应用于人工器官的制备和医药领域的药物传输。
由于超疏水材料表面能低、液体接触角大，可以降低液体与材料的接触面积，减少液体在材料表面的摩擦，从而降低材料磨损和生物组织的损伤。
在环境保护领域，超疏水材料可以应用于油污水的处理和油水分离。
由于超疏水材料对水具有极低的润湿性，可以实现水与油的分离，为油污水的处理提供了新的途径。
在能源领域，超疏水材料可以应用于太阳能电池和节能建筑等方面。
由于超疏水材料表面能低，可以减少太阳能电池表面的反射损失，提高电池的光吸收效率。
在节能建筑方面，超疏水材料可以应用于建筑材料的涂层，实现材料表面的自洁能力，减少清洁维护成本。
总之，超疏水材料具有出色的润湿性能，通过合理设计表面结构和改善表面性质，可以实现极低的液体接触角。
超疏水材料的制备方法有很多种，包括化学改性、纳米改性和激光刻蚀等。
疏水测试标准
疏水测试标准
疏水测试是一种用于评估材料表面疏水性能的实验方法。
根据不同的应用领域和要求，疏水测试标准也有所不同。
以下是常见的几个疏水测试标准：
1. ASTM D7334/D7334M-13：这个标准是用于评估疏水材料表面的接触角测量方法。
它描述了一种实验方法，使用水滴在材料表面形成接触角以评估材料的疏水性能。
2. ASTM F1110-14：这个标准是用于评估疏水防护装置的测试方法。
它包括了多种实验方法，例如接触角测量、碗倾倒测试等，以评估疏水防护装置在不同环境条件下的性能。
3. DIN 55660-2：这是德国标准化组织制定的一项测试标准，
用于评估建筑材料的疏水性能。
它包括了水滴接触角测量、雾滴测试等实验方法，以评估材料在不同使用条件下的疏水性能。
4. ISO 13004：这个标准是国际标准化组织制定的一项测试标准，用于评估疏水涂层的性能。
它包括了接触角测量、油灰测试等实验方法，以评估疏水涂层在不同应用环境下的性能。
当进行疏水性能测试时，可以根据具体应用需求选择合适的标准进行测试，并根据测试结果评估材料或涂层的疏水性能。
超疏水状态的润湿转变与稳定性测试
Ｎｏ ｖｅ ｍｂ ｅ ｒ
Ａ ｅ ｔ ａ Ｐ ． 一 Ｃ ｈ ｉ ｍ． Ｓ ｉ ｎ ． ２ ０ １ ３ ， ２ ９（ １ １ ） ， ２ ４ ５ ９ — ２ ４ ６ ４
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ８ ６ ６ ／ Ｐ ＫＵ． Ｗ ＨＸＢ２ ０ １ ３ １ ０ ０ ８ １
免水侵入到材料表面微 结构内部是实现这些特性 的基础 ． 本文在水 下超疏水 界面 全反射的基础上， 结合真 空技
术， 提 出了一种 连续 、 直观 的测 试方法来测试 超疏水状态 的稳定性 ， 并研 究了 Ｃ ａ ｓ ｓ ｉ ｅ — Ｗｅ ｎ ｚ ｅ ｌ 润 湿过渡行 为及
其临界压力． 实验结果表 明： 对 于 典 型 的 柱 状 微 凸起 结 构 ， Ｃ ａ ｓ ｓ ｉ ｅ ． Ｗｅ ｎ ｚ ｅ ｌ 润 湿 转 变 过 程 可 分 为 四个 阶段 ： 非 润
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓｕ ｐ ｅ ｒ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｈ ｏ ｂ ｉ ｃ Ｓ Ｕ ｆ ｒ ａ ｃ ｅ ｓ ｅ ｘ ｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｓ ｅ ｌ ｆ － ｃ ｌ ｅ ａ ｎｉ ｎ ｇ， ｗａ ｔ ｅ卜ｒ ｅ ｐ ｅ Ｉ ｌ ｅ ｎ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｔ ｉ — ｓ ｔ ｉ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ，
ＨＵＡＮＧ Ｊ ｉ ａ ｎ ． Ｙｅ Ｗ ＡＮＧ Ｆ ｅ ｎ ｇ ． Ｈｕ ｉ ＺＨＡＯ Ｘｉ ａｎ ｇ ＺＨＡＮＧ Ｋ ａ ｉ
（ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎＰ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘｉ ＇ ａ ｎ ７ １ ０ １ ２ ９ ， Ｓ ｈ ａ ｒ ｔ ｒ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ＆ｃ ｅ ， Ｒ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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。
疏水测试标准
疏水测试标准
摘要：
1.疏水测试标准的定义
2.疏水测试的目的和意义
3.疏水测试的具体方法
4.疏水测试的应用领域
5.疏水测试的发展趋势
正文：
疏水测试标准是一种用于评估材料疏水性能的测试方法。
疏水是指材料对水分子的排斥程度，这种性能在许多领域都有重要的应用，如建筑、化工、航空等。
因此，疏水测试标准的制定和实施对于保证材料的质量和性能具有重要意义。
疏水测试的目的是为了检验材料在一定条件下是否能有效排斥水分子，以确保其在实际应用中具有良好的疏水性能。
疏水测试可以有效地提高材料的使用寿命，降低维护成本，同时还能提高材料的安全性能。
疏水测试的具体方法有很多种，常见的有接触角法、滑落法、浸润法等。
这些方法在操作过程中有各自的特点和优缺点，因此需要根据实际需求选择合适的测试方法。
疏水测试的应用领域广泛，涉及到建筑、化工、航空、能源等多个行业。
在建筑领域，疏水测试可以用于评估外墙涂料、防水材料等产品的性能；在化工领域，疏水测试可以用于评估催化剂、分离膜等产品的性能；在航空领域，
疏水测试可以用于评估飞机表面的疏水涂层等。
随着科技的不断发展，疏水测试标准也在不断完善和提高。
未来的疏水测试将更加注重测试方法的精确性和便捷性，以满足不断增长的需求。
同时，新型疏水材料的研发也将推动疏水测试标准的更新和升级。
总之，疏水测试标准对于保证材料的质量和性能具有重要意义。
超疏水性能测定
确定微米柱的高度
微米级结构可 以用SEM来观
AFM
三维立体的图像
察，也可以用 AFM来检测小米结构上的 纳米结构可以
SEM
平面图，有一定衬度
用AFM观察
（对样品表面
分辨率4nm
影响不大）
超疏水材料性能表征
• B 接触角测量
(a)静态接触角
接触角测量仪
通过自动拟合标出接触角 接触角越大 疏水性越好
• c Cassie-baxter • model
(c)
9.1.1 采购绩效评估的目的
• 确保采购目标之实现 • 提供改进绩效之依据 • 作为个人或部门奖惩之参考 • 协助人员甑选与训练 • 促进部门关系 • 提高人员的士气
9.1.2 采购绩效评估小组的组成
• 采购部门主管 • 财务部门 • 销售部门 • 生产主管部门或工程部门 • 供应商 • 专家顾问
超疏水材料的简介
• (1) 自然界中超疏水现 象
• 荷叶效应 蝉翼 • 微纳结构 纳米结构
• (2) 超疏水材料应用 • 室外天线 轮船 涂料 • 防腐蚀 抗结霜 自清洁
超疏水材料的简介
• (3) 超疏水理论模型
• a Young's equation
(a)
• b Wenzel model (b)
置于干净烧杯中 称重
放入充满 水蒸汽的 冰柜中
画出图像 比较结霜量
每隔半小时 取出称重
超疏水材料性能表征
• 抗霜冻性 定性分析 • 仪器 环境扫描电镜
样品涂覆硅油
固定在电镜冷 台上
抽真空 降温
缓慢升高 水蒸汽压力
分析结霜过程
水滴的分布规律 水滴形状尺寸 观察霜晶形成
超疏水材料的接触角测量
超疏水材料的接触角测量超疏水表面指难以被水润湿的表面，在这种表面上水滴难以铺展，水总是团聚在一起。
测量液滴和材料的接触角是评价材料表面润湿性的主要方法，超疏水材料的接触角甚至会大于150°。
为了全面的评价超疏水材料的润湿性，在实验中有必要测量液滴的前进角、后退角和滚动角等动态过程。
使用光学接触角测量仪测量接触角首先需要将液滴转移到材料表面，但是由于材料的超疏水特性，液滴总是粘附在注射针的顶端，很难转移到材料表面。
如果过分增大液滴的体积，利用重量把液滴转移下来，过大的液滴会增加准确测量接触角的难度。
有人不得不用手指轻弹注射针抖落液滴，这也不是规范的实验操作。
非接触式注液是目前解决这个问题的好方法。
非接触式注液是指通过注射器上的喷嘴，利用注射泵的脉冲推射液滴，使液滴直接落到材料表面上。
这种注液方式完全避免了液滴在注射针针头上的粘附，彻底解决了液滴转移的问题。
图1 非接触式注液（注射时间约200ms）在液体转移到材料表面之后，仪器会自动拍下一张清晰的照片。
为了准确的计算液滴的接触角，我们建议使用Laplace-Young算法。
因为在超疏水材料上的液滴接触角很大，呈现很好的轴对称性，在诸多接触角计算的模型中，Laplace-Young算法全面考虑到重力、密度等因素对液滴形状的影响，所以它是最为准确的测量水平的超疏水材料表面上液体接触角的计算方法。
图2 Laplace-Young法计算接触角为了全面的评价超疏水材料的润湿性，除了测量液滴在在水平的材料表面上的接触角之外，我们往往还要测量液滴在材料倾斜表面上的前进角、后退角、和滚动角。
使用自动倾斜台可以方便的完成这种测量。
这里需要注意到液滴处于倾斜表面上在重力作用下已经不再对称，所以Laplace-Young 法一般不再适用，此时需要使用能够对液滴表面分段拟合计算的一些专用方法，例如Truedrop 算法。
图3 倾斜台测量动态接触角和滚动角如果仪器没有配置自动倾斜台，那么可以考虑使用注液-吸液法测量前进角和后退角。
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(c)
超疏水材料的简介
• (4) 如何获得金属超疏水表面及本课题简介
a 用低表面能的物质修饰表面 b 固体表面进行表面改性处理
两种方法 同时用
超疏水材料的简介
• 本课题研究思光路刻并电镀
光刻法在Cu表面 制作微米结构
氨水浸泡 得到纳米结构
在其表面 修饰硅烷
（b）动态接触角（两种测量方法）
前进角 θR
θA
后退角
滚动角 α
α
接触角滞后 θA-θR
注入水至三相线移动 θA 抽出水至三相线移动 θR
接触角滞后越大，滚动角 越大，其粘附性越强，疏 水效果就相对越差
超疏水材料性能表征
• C 抗霜冻性 定量分析 • 仪器 冰柜
超疏水铝棒 疏水铝棒 普通铝棒
置于干净烧杯中 称重
• A 表面形貌表征 成分分析 • AFM TEM SEM EDS XRD
SEM
光刻并电镀 微米结构
EDS分析 表面成分
用氨水浸泡 纳米结构
AFM/SPM
优点：可以形成三维图像 缺点：扫描范围小 速度慢
AFM与SEM在本课题中应用比较
确定微米柱的高度
微米级结构可 以用SEM来观
AFM
三维立体的图像
察，也可以用 AFM来检测小
分辨率0.1nm
面积内的形貌。
扫描范围比较大
微米结构上的 纳米结构可以
SEM
平面图，有一定衬度
用AFM观察
（对样品表面
分辨率4nm
影响不大）
超疏水材料性能表征
• B 接触角测量
(a)静态接触角
接触角测量仪
通过自动拟合标出接触角 接触角越大 疏水性越好
超疏水材料性能表征
应用于 实际生产
将成熟的工艺 应用到铝基体表面
性能 测试
超疏水材料的简介
• 本课题目的 • 1. 得到制备工艺与表面粗糙结构的关系 • 2. 制备出抗霜冻性能比较好的超疏水表面
制作粗糙结构
• 在铜表面制作微米结 构
掩模板
激 光
光刻胶
电镀铜片来自检测微米孔 中的胶是否移干净
微纳结构
氨水浸泡
超疏水材料性能表征
放入充满 水蒸汽的 冰柜中
画出图像 比较结霜量
每隔半小时 取出称重
超疏水材料性能表征
• 抗霜冻性 定性分析 • 仪器 环境扫描电镜
样品涂覆硅油
固定在电镜冷 台上
抽真空 降温
缓慢升高 水蒸汽压力
分析结霜过程
水滴的分布规律 水滴形状尺寸 观察霜晶形成
方法改进
结霜定量分析
称量不准确
仿照TG方法
一般方法存在的 问题
超疏水材料的性能分析技术
吴春晓 111635
超疏水材料的性能分析
1. 超疏水材料的简介 2. 超疏水材料性能表征
ClickA表to 面ad形d 貌Tit表le 征 B接触角的测量 C抗霜冻性测量
超疏水材料简介
• (1) 自然界中的超疏水现象 • (2) 超疏水材料的应用 • (3) 超疏水理论模型 • (4) 如何制作超疏水表面及本课题简介
解决办法
仪器改装
通入蒸汽 加装蒸汽装置
改装成 冷冻室
• 微米级的乳突之间覆 盖纳米级的蜡晶。这
种微纳二次结构不仅 减少了固液接触面积, 而且也使得表面与污 染物的接触面积较少, 作用力较弱;液滴滚动 时,表面的污染物很容 易被带走
超疏水材料的简介
• (1) 自然界中超疏水现 象
• 荷叶效应 蝉翼 • 微纳结构 纳米结构
• (2) 超疏水材料应用 • 室外天线 轮船 涂料 • 防腐蚀 抗结霜 自清洁
超疏水材料的简介
• (3) 超疏水理论模型
• a Young's equation
(a)
• b Wenzel model (b)