超疏水表面上微纳结构
超疏水涂料的制备方法研究
超疏水涂料的制备方法研究在当今科技飞速发展的时代，超疏水涂料因其独特的性能引起了广泛的关注和研究。
超疏水涂料具有出色的防水、防污、自清洁等特性，在众多领域都有着潜在的应用价值，如建筑、汽车、航空航天、电子等。
因此，探索超疏水涂料的制备方法具有重要的意义。
一、超疏水涂料的基本原理要理解超疏水涂料的制备方法，首先需要了解其实现超疏水性能的基本原理。
超疏水现象通常是由表面的微观结构和低表面能物质共同作用的结果。
从微观结构来看，表面通常具有粗糙的微纳米结构，这些结构可以增加表面的实际接触面积，使得液滴在表面上难以完全浸润。
就像荷叶表面的乳突结构，使得水滴能够在其表面轻松滚动而不留下痕迹。
而低表面能物质则能够降低表面的自由能，进一步增强疏水性能。
常见的低表面能物质包括含氟化合物、硅氧烷等。
二、常见的超疏水涂料制备方法1、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种较为常见的制备超疏水涂料的方法。
其基本过程是将前驱体在溶液中进行水解和缩合反应，形成溶胶，然后经过凝胶化、干燥和热处理等步骤，得到具有特定结构和性能的涂层。
在制备过程中，可以通过控制反应条件，如溶液的浓度、pH 值、反应温度和时间等，来调节涂层的微观结构和性能。
同时，还可以引入低表面能物质，如含氟硅烷，来降低表面能，实现超疏水性能。
例如，以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，通过水解和缩合反应形成二氧化硅溶胶。
然后将含氟硅烷与溶胶混合，涂覆在基底上，经过干燥和热处理，得到超疏水涂层。
2、相分离法相分离法是利用两种或多种不相容的聚合物在共混过程中发生相分离，形成具有微观粗糙结构的涂层。
通过选择合适的聚合物体系和相分离条件，可以控制涂层的微观结构和疏水性能。
一种常见的相分离法是热诱导相分离（TIPS）。
将聚合物共混物加热到高于其熔点的温度，形成均相溶液。
然后在冷却过程中，由于不同聚合物的相容性差异，发生相分离，形成微观结构。
例如，将聚偏氟乙烯（PVDF）和聚苯乙烯（PS）共混，通过热诱导相分离制备超疏水涂层。
具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
关键词 接触角 超疏水表面 微纳米结构表面 接触角滞后 中图分类号 : O64715 文献标识码 : A 文章编号 : 10052281X(2006) 1121425209
第 11 期
徐建海等 具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究
·1427 ·
溶液 ,通过气致相分离的方法使 PDMS 链段在表面 富集 ,从而得到了超疏水性表面[47] 。
3 微纳米结构超疏水表面润湿性能研究
311 微纳米结构对表面润湿的影响 影响固体表面润湿性的因素很多 ,主要有固体
表面的性质 、温度 、湿度等 。在测试液 、温度和湿度 条件选定时 ,固体表面化学结构和几何结构是影响 固体表面接触角的主要因素 。对于具有微纳米结构 的表面来说 ,表面几何结构 (粗糙度 、孔隙率 、结构尺 寸 、结晶等) 对润湿性能有着很大的影响 。
Key words contact angle ; superhydrophobic surfaces ; surfaces with micro2 and nano2structures ; contact angle hyste质之一 ,通常用液 体在固体表面的接触角来表征 。一般把水的接触角 大于 150°的固体表面称为超疏水表面 。已经证明一 种简单而又有效的达到超疏水性的方法是在固体表 面制备微纳米结构[1 —3] 。许多植物叶表面的疏水性 非常强 ,水滴落上之后会滚落且不留痕迹 。最典型 的是荷叶表面 , 水滴与叶面之间的接触角平均为 160°,水滴很容易滚落 ,这种强疏水性现象被称为荷 叶效应 (lotus effect) 。早在 20 世纪 70 年代 ,人们就 发现荷叶表面微米尺度的粗糙结构是其具有疏水性 与自清洁功能的关键 。江雷研究组发现在荷叶表面
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。
姚朝晖-微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究
第35卷第4期力学与实践2013年8月微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究1)卢思姚朝晖2)郝鹏飞傅承诵(清华大学航天航空学院工程力学系，北京100084)摘要超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值.本文采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面.测量了由该超疏水表面构建的槽道中的流动压降，将其与普通表面构建的槽道内的流动压降进行比较，发现在层流情况下，流动阻力减小最多达到了22.8%.在湍流的情况下，超疏水表面的减阻比例约为53.3%，减阻效果比层流更加明显.利用PIV (particle image velocimetry)技术测量了具有超疏水表面的槽道内的速度场，通过超疏水表面速度滑移和湍动脉动场信息，分析了湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制.关键词超疏水表面，二级微纳米复合结构，湍流，减阻，壁面滑移中图分类号：O357.1文献标识码：ADOI ：10.6052/1000-0879-13-098DRAG REDUCTION IN TURBULENT FLOWS OVERSUPERHYDROPHOBIC SURF ACES WITH MICRO-NANO TEXTURES 1)LU SiYAO Zhaohui 2)HAO Pengfei FU Chengsong(Department of Engineering Mechanics,School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract The superhydrophobic surfaces have a very wide range of potential applications in the modern life and industrial production due to their excellent properties.In this paper,a kind of superhydrophobic surface was fabricated by pasting micro-nano particles onto an aluminium or PMMA (polymethylmethacrylate)substrate.The micro-nano particles were obtained by carbon nanotubes winding technology and hydrophobic processing.The pressure drop measurements were carried out in the channel with superhydrophobic surfaces pared with the common surface channel,the flow resistance decreases by about 22.8%at most in the laminar flow.In the turbulent flow,the drag reduction can reach 53.3%.The velocity field in the channel with such superhydrophobic surfaces was measured by particle image velocimetry (PIV)technology.Through the slip velocities in the superhydrophobic surface and the turbulent fluctuations,the physical mechanism is revealed to show that the turbulent friction reduction effects are apparently better than in cases of laminar flows.Key words superhydrophobic surface,micro-nano dual-scale structures,turbulent flow,drag reduction,slip velocity引言超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值，如利用其自清洁性[1]，疏水材料可以作为防污材料[2]、防腐蚀材料和管道减阻，近些年来将超疏水材料用于水中运输工具或水下潜艇上[3]，以减小水的阻力，提高2013–03–21收到第1稿，2013–06–03收到修改稿.1)国家自然科学基金资助项目(11272176).2)姚朝晖，博士，副教授，研究方向为微流动.E-mail:yaozh@第4期卢思等：微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究21行驶速度也开始得到人们的关注.Ou 等[4-5]在一系列高76µm <H <254µm ，宽高比W/H =20,长度L =50mm 的微管道中,发现超疏水表面构成的槽道对层流具有减阻效应,最大减阻甚至达到了40%.而减阻的效应随着超疏水表面的微结构的尺寸不同而变化.Watanabe 等[6]研究了直径6mm和12mm 具有高疏水壁面的管道流动,由于表面覆盖了一层10µm ∼20µm 的微沟槽,在500<Re <10000的流动状态下,流动阻力减少了14%.Choi 等[7]采用500nm 高230nm 间距纳米柱结构形成超疏水表面,将其应用于3µm 的微管道中,压降较普通微管道降低20%∼30%.在我们前期的研究[8]中，利用由碳纳米制成的无序缠绕碳纳米管构建成的超疏水表面进行流动阻力实验，发现对于层流而言，由二级微纳米复合结构构成的超疏水表面比仅仅具有一级结构的疏水表面具有更好的减阻效应.超疏水表面不仅对层流能够产生减阻效用[9-11]，而且对湍流的流动阻力也有影响.2006年，Krupenkin [12]先后利用两种具有不同微结构(纳米草和微米砖)的超疏水表面进行实验，发现相比层流而言，拥有微结构的超疏水表面对湍流具有更加明显的减阻效应.Daniello 等[13]利用具有沿流向微槽道结构的超疏水表面进行了流动实验，当流动在层流范围内时(0<Re <2200)在超疏水表面的流动阻力并没有减小，但是随着雷诺数的增加，当流动开始由层流变为湍流的时候，流动阻力开始明显地减小.并且随着雷诺数的增加，减阻的比例越来越高.但是当雷诺数增加到一定程度时，减阻的比例就不再减小.Woolford 等[14]采用光刻蚀技术制备的具有微脊结构的超疏水表面进行了湍流流动实验，并利用PIV (particle image velocimetry)对槽道内的流动速度进行了测量，发现当微脊沿着流动方向的时候，该超疏水表面能够有效地减小流动阻力，但是当微脊的方向与流动方向相垂直的时候，流动阻力反而增加了.前人的超疏水表面基本上是微米或纳米一级结构，对具有微纳二级结构的超疏水表面进行流动减阻和机理研究尚少有报道.1超疏水表面的制备本文所采用的超疏水表面的制备方法是首先以单体的形式制备出超疏水表面上的微米尺度的微纳米复合结构单元，又叫无序缠绕碳纳米管，然后再采用涂敷工艺，将碳纳米管复合颗粒粉体粘结在表面上，构成微纳米复合结构表面，如图1所示.无序缠绕碳纳米管的制备方法见参考文献[8]，将无序缠绕碳纳米管粉体放入聚氟硅氧烷溶液中进行疏水化处理，聚氟硅氧烷的化学学名叫做十七氟癸基三乙氧基硅烷，化学式C 8F 17C 2H 4Si(OCH 3)3，是一种无色至淡黄色透明液体.有良好的透气性能，能够耐高温、耐氧化、耐紫外线辐射，而且具有疏水疏油性质.经过疏水处理过的二级微纳米结构表面具有超疏水性.采用接触角测量仪(JC2000CD1)对表面进行接触角和滚动角测量，得到该超疏水表面接触角为151◦，滚动角为0.9◦.图1超疏水表面制备示意图2实验方法与过程2.1流动阻力实验本流动阻力实验的实验示意图见图2，槽道尺寸长240mm 、宽12mm 、高0.96mm ，在槽道上表面的两端端口处各有一个小孔作为入水口和出水口，从入口端向内60mm 处以及出口向内40mm 处，则是压力传感器安装的位置，用来测量这两点之间的压差，而这两个测量孔处的流动，经过模拟计算，在该测点间流动已经进入充分发展区了.在实验中质量流量由精密天平测量得到.图2流动阻力实验示意图对于层流流动，在矩形槽道内的普通流动中，沿程阻力系数[15]f =∆p (L/D H )2ρU 2=92Re(1)其中,∆p 为两侧点间压差(压降),ρ为流体密度,L 为压差测量两点之间的距离，U 为槽道内流体的平均速度，通过流量与槽道横截面积可以算出.Re =ρUD H /µ,D H 为水力直径D H =4A/P(2)22力学与实践2013年第35卷假定在超疏水表面构建的槽道中，沿程阻力常数为C f−SuperHyd，那么其沿程阻力系数满足f SuperHyd=∆p(L/D H)2ρU2=C f−SuperHydRe(3)在实验过程中只要测量出两点之间的压差，就能够计算出该流动中的沿程阻力系数，进而把普通槽道内的流动与超疏水表面槽道内的阻力进行比较.2.2PIV实验为了确定在超疏水表面流动减阻的机理，利用PIV技术对槽道中的流场进行细致测量.在PIV实验中，片光源和CCD相机分别在槽道的正上方和正前方，利用片光源照亮待测槽道中心截面，如图3所示.槽道长为600mm，宽20mm，深3.5mm(为了使流场细节更加清晰，放大了槽道尺寸)，其基底为有机玻璃，槽道的下表面是超疏水表面，上表面采用透明的有机玻璃盖板，以方便测量.示踪粒子采用镀银的空心玻璃微珠，其型号为900875，粒径在14µm左右，密度与水接近，具有很好的跟随性.水泵是微型磁力潜水泵，最大流量为2800ml/min.图3PIV实验示意图3数据处理与分析3.1流动阻力实验结果在湍流研究中，分别测量了具有相同槽道尺寸(长240mm，宽12mm,高0.96mm)的光滑槽道和带超疏水表面的槽道从层流到湍流的流动压降和相应的质量流量，采用沿程阻力系数计算公式得到了各流动雷诺数下的沿程阻力系数与雷诺数的关系曲线如图4所示.图4普通槽道与超疏水材料槽道沿程阻力系数比较从图4可以看到，在普通槽道中，当雷诺数达到1300∼1400的时候，流动压降急剧增加，沿程阻力系数随着雷诺数的增加而增大，这表明在普通槽道中流动由层流向湍流过渡.而在由无序缠绕碳纳米管构成的超疏水表面的槽道内，当雷诺数达到1300∼1400的时候，沿程阻力系数仍然随着雷诺数的增加而减少，这说明具有微纳米结构的超疏水表面能够增大槽道内流动的转捩雷诺数，使得流动更不容易进入湍流状态，从而达到减阻的效果.对于层流，根据实验测得压降，由式(3)可以计算出经聚氟硅氧烷疏水化处理的槽道沿程阻力系数常数为C f−SuperHyd=71，其减阻达到了22.8%.对于湍流而言，由于目前还没有解析解也没有相对应的经验公式，因此在这里我们根据槽道中压降随雷诺数变化的趋势来评估湍流情况下超疏水表面构建的槽道内的减阻效应.根据图4中的数据结果，估算出在本实验最大Re工况下，与普通槽道实验结果相比，利用聚氟硅氧烷进行疏水化处理之后的超疏水表面的减阻比例约为53.3%.从实验的结果来看，在具有超疏水表面的槽道中，湍流情况下的流动减阻比层流情况下的流动减阻效果更加明显.3.2PIV实验结果在PIV实验中，对于某一个雷诺数下的流动，在槽道中选定某一沿流向的竖直平面，CCD相机两次曝光间隔时间为0.5ms，一共拍摄200对共计400幅图，可以计算出200个瞬时速度场，两两速度场的时间间隔是400ms.调整水泵的转速，可以进行不同雷诺数下的槽道内流场测量.现以雷诺数Re=2441的流场为例，进行流动减阻机理研究.图5给出了槽道内的平均速度场，其中X为槽道流动方向无量纲长度(X=x/L,L为槽道长度),第4期卢思等：微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究23 Y为槽道深度方向无量纲长度(Y=y/H,H为槽道深度),图6给出了剖面上X方向的无量纲速度分布图，从两图上可以看出来，在Y=0，即超疏水表面的固壁处，流体的速度要大于普通表面附近的速度，因此存在一定的速度滑移.而在Y=1处，即普通光滑有机玻璃表面的固壁处，流体速度近似为0.图5槽道内的平均速度场图6剖面上X方向的无量纲速度U图7为剖面上X方向的无量纲速度脉动均方根量随着Y的分布.图8和图9表示槽道内剖面上的无量纲雷诺切应力和无量纲总剪切应力.在湍流状态下，超疏水表面附近的雷诺切应力以及总剪切应力比较小，在普通表面附近，雷诺切应力以及总剪切应力都比超疏水表面附近对应的物理量大，这是因为在超疏水表面的速度滑移抑制了壁面附近的速度脉动，进而减少了由脉动动量输运而产生的雷诺应力和湍动能的生成.图7剖面上X方向的无量纲速度脉动均方根量图8剖面上无量纲雷诺应力图9剖面上无量纲总剪切应力4结论超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值.本文采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面.测量了由该超疏水表面构建的槽道中的流动压差，将其与普通表面构建的槽道内的流动压差进行比较，发现在层流情况下，流动阻力减小最多达到了22.8%.24力学与实践2013年第35卷在湍流的情况下，超疏水表面的最大减阻比例约为53.3%，减阻效果比层流更加明显.利用PIV技术测量了具有超疏水表面的槽道内的速度场，研究发现在超疏水表面的速度滑移抑制了壁面附近的速度脉动，进而减少了由脉动动量输运而产生的雷诺应力和湍动能的生成，这可能是湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制.参考文献1Barthlott W,Neinhuis C.Purity of the sacred lotus or es-cape from contamination in biological surfaces.Planta, 1997,202(1):1-82Neinhuis C,Barthlott W.Characterization and distribu-tion of water-repellent,self-cleaning plant surfaces.Annals of Botany,1997,79(6):667-6773Jiang CG,Xin 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mi-crochannel with hydrophobic surface patterned microribs oriented parallel to theflow direction.Physics of Fluids, 2007,19(9):09360311Su Bin,Li Mei,Lu Qinghua.Toward understanding whether superhydrophobic surfaces can really decreaseflu-idic friction ngmuir,2010,26(8):6048-605212Krupenkin TN.Turbulent drag reduction using superhy-drophobic surfaces.In:3rd AIAA Flow Control Confer-ence,San Francisco,200613Daniello RJ,Waterhouse NE,Rothstein JP.Drag reduction in turbulentflows over superhydrophobic surfaces.Physics of Fluids,2009,21(8):08510314Woolford B,Prince J,Maynes D,et al.Particle image ve-locimetry characterization of turbulent channelflow with rib patterned superhydrophobic walls.Physics of Fluids, 2009,21(8):08510615Blevins RD.Applied Fluid Dynamics Handbook.New York:Van Nostrand Reinhold,1984(责任编辑:胡漫)～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～(上接第30页)8Dabiri S，Sirignano WA.Effects of cavitation on the breakup of liquid jets:Bubble growth，distortion，and 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Yiwei,Huang Chenguang,Du Tezhuan,et al.Mechanism analysis about cavitation collapse load of underwater vehihles in a verti-cal launching process.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2012,44(1):39-48(in Chinese))14匡兴华.美国新型战略武器发展综述.国防科技，2008，(1): 21-32(Kuang Xinghua.A survey on American new-style strategic weapons.National Defense Science&Technol-ogy，2008，(1):21-3215刘荣贺.基于NASTRAN优化的某导弹结构模型修正.现代防御技术，2011，39(6):106-110(Liu Ronghe.Missile struc-ture model updating based on NASTRAN optimization.Modern Defense Technology，2011，39(6):106-110(in Chi-nese))16李贤兵.基于NASTRAN的红外整流罩组件结构分析.航空兵器，2012，(3):41-43(Li Xianbing.The structural analysis of infrared dome subassembly based on NASTRAN.Aero Weaponry,2012,(3):41-43(in Chinese))(责任编辑:刘希国)。
超疏水表面仿生原型制备技术研究分析
超疏水表面仿生原型制备技术研究分析一、超疏水表面的原理和特性超疏水表面是指表面上具有极高的接触角，通常大于150°，同时具有极低的滚动角，通常小于10°的一类特殊表面。
这种表面具有“莲叶效应”，水滴在其表面上会形成近似球形的形态，因此也被称为“莲叶效应”表面。
超疏水表面的主要特性包括低表面能、微纳结构和化学成分复杂等。
超疏水表面在许多领域具有广泛的应用前景，例如自清洁表面、防冰、防腐、微液滴传输等。
1. 硅基超疏水表面制备技术硅基超疏水表面制备技术主要是利用硅基材料的化学特性和微纳米结构来实现超疏水。
常用的制备方法包括溅射沉积、刻蚀和溶胶-凝胶法等。
通过这些方法可以在硅基材料表面构筑微纳米结构，从而实现超疏水表面的制备。
硅基超疏水表面具有良好的化学稳定性和机械稳定性，在自清洁、防腐蚀、防水和油、污染物阻隔等方面具有广泛的应用前景。
目前，超疏水表面制备技术已经取得了一系列成果，但仍然存在一些问题和挑战需要解决。
在制备过程中需要考虑表面微纳米结构的稳定性和耐久性，尤其是在复杂的环境条件下，这对制备技术的稳定性和可靠性提出了更高的要求。
超疏水表面的制备成本较高，需要考虑降低制备成本和提高制备效率的问题。
超疏水表面的应用领域和范围还需要进一步拓展和完善，需要更多的交叉学科和跨领域的合作研究。
超疏水表面的环境友好性和可持续性也需要引起足够的重视，需要考虑如何降低对环境的影响和提高资源的利用率。
超疏水表面是一个具有很高应用潜力的研究领域，随着材料科学、表面科学和纳米科技等领域的不断发展，相信超疏水表面制备技术会迎来更大的突破和进展，为人类社会的可持续发展和进步做出更大的贡献。
希望通过本文对超疏水表面仿生原型制备技术的研究分析，能够为相关领域的研究者和工程师提供一定的参考和帮助，推动超疏水表面制备技术的进一步发展和应用。
超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用
超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用一、本文概述超疏水表面，也称为超防水表面或荷叶效应表面，是指具有极高水接触角和低滑动角的固体表面。
这种特殊的表面性质使水滴在其上几乎无法附着，即使附着也能轻易滚落，因此具有自清洁、防腐蚀、防结冰、防雾等独特功能。
超疏水表面的这些特性在材料科学、物理学、化学、生物学、机械工程、航空航天、建筑等领域具有广泛的应用前景。
超疏水表面的特性主要来源于其独特的微结构，这些微结构可以在微米甚至纳米尺度上影响水滴与固体表面的接触行为。
因此，研究超疏水表面微结构对其疏水性能的影响，对于理解超疏水表面的作用机制、优化超疏水表面的制备工艺、拓展超疏水表面的应用领域具有重要的理论价值和实际意义。
本文旨在全面系统地探讨超疏水表面微结构对其疏水性能的影响，包括微结构的类型、尺寸、分布等因素对超疏水性能的影响机制。
本文还将介绍超疏水表面的制备方法、应用领域以及存在的挑战和未来的发展方向。
通过本文的研究，我们期望能够为超疏水表面的进一步研究和应用提供有益的理论支持和实践指导。
二、超疏水表面微结构的基本原理超疏水表面，也称为超防水表面或荷叶效应表面，是一种具有特殊微纳米结构的表面，其水接触角大于150°，滚动角小于10°。
这种表面具有优异的防水性能，水珠在其表面难以停留，极易滚动脱落。
超疏水表面的微结构原理主要基于两个方面：表面粗糙度和表面化学组成。
表面粗糙度对超疏水性能的影响至关重要。
通过构建微纳米尺度的粗糙结构，可以大大增加固体表面的实际面积，从而在表面与水滴之间捕获更多的空气，形成稳定的空气垫。
这种空气垫的存在显著减少了固体表面与水滴的直接接触面积，降低了表面能，从而提高了表面的疏水性能。
表面化学组成也对超疏水性能产生重要影响。
通过引入低表面能的物质，如氟硅烷、长链烷烃等，可以降低固体表面的自由能，进一步提高其疏水性能。
这些低表面能物质可以在微纳米结构表面形成一层自组装单分子层，进一步减少水滴与固体表面的接触，增强超疏水效果。
超疏水表面上的微纳结构
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超疏水表面结构
超疏水的荷叶和表面结构
（a)球形的水滴滴在荷叶表面 （b)荷叶表面大面积的微结构 （c)荷叶表面单个乳突 （d）荷叶表面的纳米结构
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超疏水表面结构
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°左右和2º 左右 。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。 由于荷叶微纳结构的存在，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。
1维：指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等
2维：指在3维空间中有1维在纳米尺度,如超薄膜多层膜,超晶格等。
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微纳结构
2.什么是微纳结构？
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超疏水表面结构
1.什么是超疏水？
接触角 θ<90̊ 的固体表面称之为亲水表面 接触角 90̊<θ<150̊ 的固体表面称之为疏水表面 接触角 θ>150̊ 的固体表面称之为超疏水表面
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20 °C, 25 °C, 30 °C and 35 °C温度下 铜箔表面的微纳结构（扫描电镜下观察而得 ）
超疏水表面结构（超疏水结构性能检测）
铜箔不同结构和润湿性表面结露情况对比 (a) 未处理平铜箔
(b) 具有微米结构的铜箔
(c) 具有纳米结构的铜箔 (d)具有微纳复合结构的铜箔.
凝结速度不同 液滴分布不同 液滴开始冻结的时间不同
微纳结构的应用
轮船船底涂料
轮 船 底 部 的 低 表 面 能 防 污 涂 料
请各位老师同学批评指正
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超疏水材料原理
超疏水材料原理
超疏水材料是一种具有特殊表面性质的材料，其表面能够使水珠呈现极高的接
触角，从而表现出极强的疏水性能。
这种材料在许多领域都有着广泛的应用，比如防水材料、自清洁表面、油水分离等。
超疏水材料的原理主要包括表面微纳结构和表面能的调控两个方面。
首先，超疏水材料的表面微纳结构是实现其疏水性能的关键。
通过在材料表面
构建微纳米级的结构，可以使水珠无法在表面扩展，从而呈现出极高的接触角。
这种微纳结构可以通过化学方法、物理方法或者生物方法来实现，比如化学蚀刻、溅射沉积、模板法等。
这些方法可以使材料表面形成类似莲叶表面的微结构，从而实现超疏水性能。
其次，表面能的调控也是实现超疏水性能的重要手段。
表面能是指材料表面与
水之间的相互作用能力，通常通过表面能的测量可以得到材料的亲水性或疏水性。
超疏水材料的表面能通常非常低，这是因为其表面通常被有机物或者氟化物所修饰，从而降低了表面的极性。
通过这种表面能的调控，可以使材料表面呈现出极强的疏水性能，从而实现超疏水效果。
总的来说，超疏水材料的原理是通过表面微纳结构和表面能的调控来实现的。
这种原理不仅可以应用于材料表面的设计和制备，还可以为我们提供更多的启示，比如在生物材料、环境材料等方面的应用。
超疏水材料的研究和应用前景广阔，相信随着科学技术的不断进步，超疏水材料将会在更多的领域得到应用和推广。