超疏水表面制备与应用
等离子体处理的超疏水表面制备研究
等离子体处理的超疏水表面制备研究近年来，超疏水表面材料的研究备受关注。
这种材料在许多领域如防污、防腐、液体传输等都有着广泛的应用前景。
然而，超疏水表面的制备并不容易，需要借助高新技术，其中等离子体处理技术尤为重要。
一、什么是等离子体处理？等离子体是一种高能量状态下的气体，其中气体分子存在离子和自由电子。
人们利用等离子体处理技术对材料表面进行设计和改性，以获取理想的物性和表面性质。
二、等离子体处理的作用等离子体处理技术不仅可以使表面化学成分发生变化，还可使表面形貌产生改变，从而使材料表面具有不同的性能和功能。
此外，等离子体技术还可以用于表面去污等领域的处理。
三、等离子体处理在超疏水表面制备中的应用对于超疏水材料的制备，等离子体处理技术发挥了重要作用。
它可以对材料表面进行精细的设计，提高其表面形貌的复杂性和多样性。
通过合理的等离子体处理方法，可以使材料表面形成具有微纳结构的特殊形貌，从而达到超疏水效果。
四、等离子体处理在超疏水表面制备中的具体应用案例(a) 利用等离子体处理制备超疏水玻璃材料：在玻璃材料表面进行等离子体处理，可使玻璃表面形成一定的微纳结构。
这些微纳结构可以增加玻璃表面的粗糙度，从而增强超疏水性能。
(b) 利用等离子体处理制备超疏水聚合物材料：在聚合物材料表面进行等离子体处理，可使其表面形成类似纳米柱状的微纳结构。
这些微纳结构可以增加材料表面的接触角，从而增强超疏水性能。
(c) 利用等离子体处理制备超疏水陶瓷材料：在陶瓷材料表面进行等离子体处理，可制备出具有微纳结构的陶瓷超疏水表面。
这些微纳结构可以加强表面的粗糙度，从而使其表面具有超疏水特性。
总之，等离子体处理技术是超疏水表面制备的重要工具。
通过合理的等离子体处理方法，可以设计出不同形貌和性能的超疏水材料，进一步推动超疏水材料在实际工程中的应用。
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。
纳米材料的超疏水性能及其在油水分离中的应用
纳米材料的超疏水性能及其在油水分离中的应用近年来，纳米科技在材料领域的发展日新月异。
其中，纳米材料的超疏水性能引起了广泛关注。
超疏水性是指材料对水的接触角大于150°，使水在其表面上呈现出珠状或者类似蜷缩的形态。
这种特殊性质使得超疏水材料在许多领域具有广泛的应用前景，尤其是在油水分离领域。
一、纳米材料的超疏水性能纳米材料的超疏水性能主要依赖于其表面形貌和化学组成。
表面形貌可通过纳米制备技术调控，例如纳米凹坑、纳米椎状结构等。
化学组成则涉及表面的水亲疏性。
通过在纳米结构表面修饰功能化基团，可以改变材料的表面能，从而实现超疏水性能的调控。
以纳米二氧化硅为例，其超疏水性能可通过改变颗粒间隙大小来调节。
利用溶剂蒸发法制备的纳米二氧化硅，颗粒间隙较大，表面具有微纳结构，形成超疏水表面。
而通过等离子体处理后的纳米二氧化硅，颗粒间隙变小，使得其超疏水性能下降。
这种调控方法为超疏水材料的制备提供了新途径。
二、纳米材料在油水分离中的应用纳米材料的超疏水性能使其在油水分离领域有着广泛的应用潜力。
传统的油水分离方法主要依靠过滤、沉淀等物理方法，其效率较低且易受到污染物质的影响。
而利用超疏水纳米材料，则可以实现高效、高选择性的油水分离。
一种常见的应用是利用超疏水纳米材料制备油水分离膜。
这种薄膜可以选择性地将水分子通过，而阻隔油分子的渗透，实现油水的分离。
同时，超疏水纳米材料还具有抗沉积、抗污染的特性，能够减少膜的堵塞和清洗次数，提高分离效率。
另一种应用是利用超疏水材料制备油水分离介质。
将超疏水纳米材料与多孔载体复合，形成具有良好吸附能力的介质。
这种介质可以在水中吸附油分子，实现油水分离。
通过调节纳米材料的选择和含量，可以实现对不同种类油水混合物的高效分离。
三、纳米材料的应用前景纳米材料的超疏水性能在油水分离领域的应用前景广阔。
除了传统的油水分离外，超疏水材料还可以被应用于排污处理、海洋清洁等领域。
通过纳米材料的设计与制备，可以实现更高效、更环保的厂界油水分离技术，为环境保护事业做出贡献。
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。
超疏水涂层材料的制备及应用研究
超疏水涂层材料的制备及应用研究随着科学技术的不断发展，疏水性材料逐渐成为各个领域的研究热点。
特别是在材料科学和工程领域，疏水性材料的研究与应用受到广泛关注。
超疏水涂层材料是一种疏水性材料，能够在水面形成极为完美的水珠，被广泛用于自清洁、防水、污染防治等领域。
本文将探讨超疏水涂层材料的制备方法和应用研究情况。
一、超疏水涂层材料的制备方法超疏水涂层材料是利用材料表面形态和化学结构对水珠和污染物的吸附性能进行调控，在表面形态和化学结构上进行优化来实现水珠翻滚的目的。
目前较为流行的制备方法主要有以下几种：1.自组装法自组装法是将具有疏水性的有机物分子或金属氧化物纳米粒子通过自组装作用构筑在基底表面上，形成规整、有序排列的纳米结构而实现疏水性材料的制备。
自组装法的优点是制备简单，成本低廉，而且可以通过控制自组装过程来调整材料表面的化学结构和形态，进一步提高其疏水性能，但是，自组装法制备的材料存在稳定性和易剥落的问题。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将一种溶胶溶解在一定比例的溶剂中，形成溶液，利用激发剂或热处理等方法将其凝胶化，形成含有大量孔隙和界面的凝胶体。
在凝胶体中加入具有疏水性的有机物分子或金属氧化物纳米粒子，通过热处理或光照等方法形成超疏水涂层材料。
溶胶-凝胶法制备的材料具有高度的疏水性和化学稳定性，在光学和电子器件、油墨、医疗设备等领域有广泛的应用。
3.化学还原法化学还原法是将含有镀银颗粒的材料与还原剂反应，使银颗粒还原成纳米级别的银质，形成一个超疏水的涂层。
化学还原法制备的材料具有很好的化学稳定性和可用性，可以在电子设备、生物医药、防水等领域中得到广泛应用。
二、超疏水涂层材料的应用研究超疏水涂层材料的应用领域非常广泛，下面我们将从自清洁、防水、污染防治等角度来具体探讨其应用研究情况。
1.自清洁超疏水涂层材料能够形成极为完美的水珠，水滴沿材料表面滚落时，可以带走表面的污染物，从而实现自清洁功能。
超疏水涂层材料的自清洁功能在玻璃、建筑材料、塑料等领域得到广泛应用。
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。
超疏水涂层微纳米材料可控合成及应用研究
超疏水涂层微纳米材料可控合成及应用研究一、概述超疏水涂层微纳米材料是指在材料表面形成的一种具有极强疏水性能的特殊涂层，其表面能极低，使得水珠在其表面呈现出高度的球形，与其表面接触的接触角大于150°，使得水珠在其表面上几乎不会留下痕迹。
超疏水涂层具有优异的抗粘性和自清洁性，因此在汽车玻璃、建筑材料、纺织品等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在介绍超疏水涂层微纳米材料可控合成的研究现状和应用前景。
二、超疏水涂层微纳米材料合成技术1. 化学气相沉积法（CVD）化学气相沉积法是一种常用的超疏水涂层微纳米材料合成技术，通过将含有相应金属或氧化物前驱体的气体输入反应室，经过热解反应在基底表面沉积出纳米级的超疏水材料。
该方法可以实现对材料组分、结构和形貌的精确控制，形成具有特定性能的超疏水涂层微纳米材料。
2. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将含有金属离子或其他前驱体的溶液先制备成溶胶，然后通过加热或化学反应促使其中的物质发生凝胶化，最终得到超疏水涂层微纳米材料的方法。
该方法简单易行，能够实现大面积均匀的涂层覆盖。
3. 电化学沉积法电化学沉积法是一种利用电解池在基底表面沉积出所需材料的方法，通过控制电极电势、电流密度以及电解液成分可以精确调控涂层的组分和结构，实现超疏水特性。
4. 其他新技术除了上述常用的合成技术，还有一些新的技术不断涌现，如等离子体辅助化学气相沉积法、模板法、离子束辅助沉积法等，这些新技术为超疏水涂层微纳米材料的合成提供了更多的选择和可能性。
三、超疏水涂层微纳米材料在汽车领域的应用超疏水涂层微纳米材料在汽车领域具有广泛的应用前景。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车玻璃可以有效抵抗雨水和污垢的侵蚀，使驾驶者在雨天视野更加清晰，提高行车安全性。
涂覆超疏水涂层微纳米材料的汽车车身可以减少灰尘、泥浆等污垢的附着，减少清洗和维护的频率和成本。
超疏水涂层还可以应用于汽车轮胎和底盘部件，减少泥浆和水花的粘附，延长汽车的使用寿命。
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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• • • •
Mask Substrate and Photoresis (negative photoresist in the example) UV light Developer
9
Reference: Notsu H, et al. Journal of Materials Chemistry, 2005, 15(15): 1523-1527.
Two Main Clues
Modify a rough surface by materials with low surface free energy Create a rough structure on a hydrophobic surface(CA>90°)
Template method of printing; Vapor induced phase separation (VIPS)； microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition(MWPE-CVD); anodic oxidization; ……
C. Spin-coating Process
• The LPMA64 resin was spin-coated onto the duplicated PDMS mold at 3000 rpm for 30s.
12
Ultraviolet Lithography Technology
3.Print: 4.Detaching: • pressure =5 bar • Remove PDMS • room temperature • Keep LPMA64 • UV light • Vacuum • 20 min
1.Pretreatment
ABOVE dried in air dipped in a activation solution
（350 ml/L HF (40% V/V)）
washed with 6-10min deionized water 15 ℃ washed with deionized water
A. Prepare Mold material
I. PDMS：nano-patterned polydimethylsiloxane
（聚二甲基硅氧烷）
Reason：good conformal contact with the substrate, low surface energy, and high permeability for many solvents.
7
Reference: Lin Feng, et al. Advanced Material, 2002, 14: 1857-1860.
A New Classification of Fabrication Methods
A new classification according to our investigation.
11
Ultraviolet Lithography Technology
B. Prepare pattern material
I. LPMA64(聚倍半硅氧烷) II. Method • A mixture of 3% LPMA64, 1.5% Irgacure184, and 95.5% Xylene solvent was sonificated for 20 min • Purpose: To improve the homogeneity of the resin.
Super-hydrophobic Surface:
Reporter: Dong
Background, Methods and Applications
Xu
Partnerships: R.X. Deng, Q. Lin, W.J. Lin, W.L. Liu, J. Shang, R.G. Su, Q.Y. Sun, J.J. Wang, S.J. Xiao, D. Xu, Y.G. Xu, J. Zou. 2015.12
Content
2
Content
3
What’s Super-hydrophobic Surface?
Super-hydrophobic phenomena : It’s first observed in the nature
Self-cleaning
Plants: lotus, candock, rose, silver ragwort and so on never get dirty.
85 ℃ 60 min
degreased in a special solution, pH≈ 5.5~6.5
15g/L NiSO4· 6H2O, 20g/LC6H8O7· H2O, 25g/LNaH2PO2· H2O, 40mL/L NH3· H2O, 18ml/L HF (40% V/V), 10g/L NH4NF2, 0.5mg/Lthiourea (CN2H4S)
13
5.Washing: • CF4 and O2 plasma • 150 W • 1 min 40 s
Ultraviolet Lithography Technology
6. Annealing: • 110℃，20 min 7.Deposition: • 20 nm SiO2 layer (PECVD, 50℃) • a self-assembled monolayer of trichlorosilane（三氯甲硅烷）
ultrasonically degreased in an alkaline solution
（45 g/L NaOH 10 g/L Na3PO4· 12H2O）
washed with 30-40s deionized water 15 ℃ NEXT
immersed in an acid solution
Chemical growth VIPS; MWPE-CVD; electrochemistry；
……
8
Combination of both Laser ablation and electrodeposition; ……
Ultraviolet Lithography Technology
Schematic diagram of ULT
Preparation process Pretreatment
Electrodeposition
Modification
Reference: Zhuang et al Adv. Mater. 2014, 26, 3950–3955 .
16
Electrochemical Method
1.Pretreatment →must be pre-treated before electrodeposition of Ni
14
Ultraviolet Lithography Technology
Some important results:
Advantages
Simplicity Large areas
High throughput
High fidelity of transferred patterns
15
Electrochemical Method
（125 g/L CrO3 100 mL/L HNO3）
65 ℃ 10 min
Rinsed with deionized water
Reference: Yan Liu ,et al. Electrochimica Acta ,2014,125,395–403..
17
Electrochemical Method
19
Electrochemical Method
Formation Machanisim
20
Electrochemical Method
3. Modification with stearic acid
• polished with SiC paper • grit down to 2000 grit AZ91D • ultrasonically degreased 10 min in acetone • dried in air
AZ91D：with high chemical and electrochemical activity
dried in air END
18
Electrochemical Method
2.Electrodeposition of Ni
• Bath composition: 1.0 mol/L NiCl2· 6H2O 0.5 mol/L H3BO3 • Temperature: 55℃ • pH: 4.5-5.0 • The current densities : 15 mA/cm2.
II. Method： • Burdening: 1:10 mixture of Sylgard(硅酮树脂) 184A and Sylgard 184B onto the Si master mold. • The mold was maintained under vacuum conditions at room temperature for 30 min. • After the degassing process, the mold was cured at 80℃ for 2h and finally detached from the Si master mold.
What’s Super-hydrophobic Surface?
Definition: The contact angle between the surface and the water droplet is bigger than 150°.