生物材料表面的超疏水性能研究进展
中国在超疏水材料研究方面的进展
中国在超疏水材料研究方面的进展分子一班 张雷 3013207391Abstract ：摘要：具有超疏水性、超双疏性等的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景，因而也引起科学界的广泛关注。
由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌，因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。
近些年来，这方面的研究吸引了许多科学家和课题组的注意。
可以说，超疏水、超双疏材料的制备正成为一个研究的热点问题。
本文在查阅有关文献的基础上，分析中国在超疏水、超双疏材料制备方面的进展。
关键词：超疏水、超双疏、表面改性、润湿性1、背景：表面润湿性是指液体(通常为水)在固体材料表面的铺展能力。
它是固体表面的重要性质之一, 许多物理化学过程，如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的润湿性密切相关1。
研究表明, 固体表面的润湿性是由其化学组成和微观几何结构共同决的, 定外场如光、电、磁、热等对固体表面的润湿性也有很大的影响2。
固体表面的润湿性通常用水滴在其表面上形成的接触角来衡量, 接触角小于9 0°的表面称为亲水表面,大于9 0°的表面称为疏水表面, 而超疏水固体表面是指与水的接触角为1 5 0°以上的表面。
自然界中存在很多超疏水表面, 最典型的如以荷叶为代表的多种植物叶子表面(荷叶效应Lotus-effect)、蝴蝶等鳞翅目昆虫的翅膀以及水鸟的羽毛等3。
受这些自然界中现象的启发，许多课题组都开展了超疏水材料制备方面的研究。
2、超疏水材料制备方法分类：2.1 模板法：江雷课题组组报道了一种以多孔氧化铝为模板制备超疏水材料的方法2。
具体是将一定孔径的氧化铝模板覆盖在聚碳酸酯（PC）膜上，然后加热PC膜将其溶化并将其压入模板的孔内，最后除去模板即可得到纳米棒状的阵列结构。
将模板制备成圆筒状重复上述过程可以得到大面积的阵列PC纳米棒。
2.2气相沉积法（CVD）气相沉积法（CVD）是一种制备微米、纳米结构的有效方法4，因此在近年来在材料学和其它领域获得广泛应用。
材料科学中的超疏水表面技术
材料科学中的超疏水表面技术材料科学是一门重要的学科，它研究各种物质的性质、结构、制备和应用等方面。
在材料科学中，超疏水表面技术受到越来越多的关注和研究。
下面，我们将详细了解这一技术的原理、应用和未来发展方向。
一、超疏水表面技术的原理超疏水表面技术是指通过特殊方法处理表面，使得其具有极强的疏水性能，即液滴在表面上呈现出球形或半球形的情况。
这种技术的核心在于微纳级的表面结构和化学成分的优化。
其中，微纳级的表面结构是关键因素之一。
通过制备一定尺度的微纳级结构，可以增加表面的接触角，即水滴在表面上的接触角大于90度。
同时，微纳级结构还可以改变水滴在表面上的运动方式，使其更容易滚动或滑落。
这些特性使得表面具有更好的自清洁、防污和防腐蚀功能。
另一个重要的因素是化学成分。
通过在表面增加亲水基团或疏水基团，可以调节表面的亲疏水性。
通过控制不同基团的分布密度和类型，可以实现不同功能的超疏水表面。
二、超疏水表面技术的应用超疏水表面技术具有广泛的应用前景，尤其在以下几个方面。
1. 自清洁材料超疏水表面可以有效地减少物质在表面上的侵蚀和积垢，因此可以应用于自清洁材料的制备。
例如，建筑材料、汽车玻璃、纺织品等都可以通过超疏水表面技术实现自清洁效果。
2. 防水和防污涂层超疏水表面可以抵御水和油等液体的渗透和附着，因此可以用于制备防水和防污涂层。
例如，建筑物的屋顶和外墙、飞机的机身和车辆的表面等都可以通过超疏水涂层实现防水和防污效果。
3. 生物医学应用超疏水表面还可以应用于生物医学领域。
通过在医疗器械表面制备超疏水结构，可以防止细菌和其他微生物的附着，从而减少感染的发生。
同时，超疏水表面还可以在肝功能损伤等情况下，帮助肝脏细胞愈合和再生。
三、超疏水表面技术的未来发展在未来，超疏水表面技术将会得到进一步发展和应用。
其中，以下几个方面将是重点。
1. 细化表面结构随着技术的逐步提升，表面结构已经从微观范围向纳米级发展。
未来，细化表面结构将更加普遍，甚至可能到达亚微米级。
高性能超疏水材料的制备与应用研究
高性能超疏水材料的制备与应用研究近年来，高性能超疏水材料的制备与应用研究在科技领域引起了广泛的关注。
这类材料具有特殊的表面结构和化学性质，能够迅速排斥液体，同时还具备优异的自清洁和抗污染能力。
本文将从制备方法和应用前景两个方面探讨高性能超疏水材料的研究进展。
一、制备方法高性能超疏水材料的制备是实现其功能性的首要步骤。
目前已经有多种方法被开发出来，如模板法、化学改性、激光刻蚀等。
其中，模板法是较为常见和经典的一种制备方法。
这种方法通过使用特殊的模板结构来构建高密度、微小尺寸的纳米结构，从而实现疏水材料表面的微纳结构化，以增加接触角。
另一种方法是化学改性，它通过在材料表面引入疏水基团或在材料内部引入纳米颗粒，改变材料的化学性质以提高疏水性能。
激光刻蚀则是一种快速制备微纳结构的方法，通过激光束在材料表面局部熔化和蒸发，形成微小的柱状或碗状结构，从而实现超疏水性能。
二、应用前景由于高性能超疏水材料的独特性能，其应用前景广阔。
首先，该类材料在防污和自清洁方面表现出色。
由于其超疏水性能，液体在其表面无法附着，从而避免了污染物的沾染。
这使得高性能超疏水材料在建筑材料、车身涂层等领域具备了广泛的应用前景。
另外，超疏水材料还能应用于油水分离、水滴操控等技术领域。
例如，利用超疏水材料制备的油水分离膜，在海洋石油开采领域具有重要的应用价值。
与此同时，高性能超疏水材料的制备和应用也面临着一些挑战。
首先，制备过程中的成本较高，限制了其大规模应用。
其次，超疏水材料在长时间使用过程中会受到外界环境的影响，表面结构容易受损，导致超疏水性能下降。
此外，超疏水材料的稳定性和可持续性也是当前研究的重要议题。
为了解决这些问题，学者们正在努力探索新的制备方法和改进现有的技术。
例如，一些研究人员尝试利用生物可降解材料来构建超疏水表面，以提高可持续性。
还有一些人在研究中提出通过混合不同材料形成多级结构，以增强材料的稳定性和耐用性。
总结起来，高性能超疏水材料的制备与应用研究展现了广阔的前景和巨大的应用潜力。
仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究共3篇
仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究共3篇仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究1仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究随着现代科技的不断进步，仿生学作为一种新兴的研究方向，受到了越来越多的关注。
仿生学是通过对生物体的形态、功能、行为等特征进行研究，来设计新材料、新装置或新系统的一门学科。
仿生学不仅能够解决科学技术方面的问题，还能为环境保护、工业生产等多个领域提供技术支持。
其中，仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究是当前研究的热点之一。
超疏水材料具有抗粘附、自清洁和抗腐蚀等优异的性能，对于液体的微纳级传输和分离具有重要应用价值。
如何设计制备具有超疏水性能的表面材料，一直是材料科学领域的难题。
仿生学为这个难题的解决提供了思路。
仿生超疏水功能表面是通过生物表面的微观结构和化学组成，来制备超疏水材料的表面。
例如，以荷叶表面为模板，制备出仿生超疏水表面就是目前的研究热点。
制备仿生超疏水功能表面主要分为两步，即基础表面处理与微观结构化制备。
其中，基础表面处理主要是对基础表面材料进行改性，以便于制备出具有微观结构的超疏水表面。
微观结构化制备则是通过对表面的化学和物理过程进行控制，来制备出具有各种不同形貌和大小的微观结构，从而实现超疏水的性能。
制备出仿生超疏水功能表面后，需要对其性能进行表征和应用研究。
其中，表征方法主要包括接触角测试、接触角滞后测试、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等。
应用研究方面，仿生超疏水功能表面已经应用于防水、防腐、油水分离、普通自清洁等多个领域。
虽然仿生超疏水功能表面的研究有了重要进展，但在复杂环境中应用时仍面临着挑战和不足。
例如，在高湿度环境下，仿生超疏水表面易出现气体泡沫覆盖导致超疏水性能下降。
此外，仿生超疏水表面的制备成本较高，难以大规模应用。
因此，未来的研究需要解决这些问题，以便更好地推广和应用仿生超疏水功能表面。
综上所述，仿生超疏水表面是一种新型的材料表面，具有重要应用价值。
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。
耐久及导电功能性超疏水材料的研究进展
耐久及导电功能性超疏水材料的研究进展1、研究意义固体材料表面的润湿性是材料科学和表面化学中一个非常重要的特性，许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦均与表面浸润性密切相关[1-2]。
受自然界中荷叶表面“出淤泥而不染”的特性的启发，德国科学家Bathlott和Neinhuis首次报道了以荷叶为代表的植物表面的不粘水和自清洁现象，指出这种现象是由表面微结构的乳突和疏水性蜡状物共同引起的，超疏水表面由此诞生[3]。
一般地，我们将水接触角大于150°且滚动角小于10°的固体表面，称为超疏水表面。
除荷叶外，大自然中还存在众多具有特殊浸润性的动植物，如芋叶、水稻叶、玫瑰花瓣以及蝉翼、水黾腿、蝴蝶翅膀、蚊子眼睛等[4,5]。
在自然界中这类生物体的启发下，科研工作者于20世纪后期开展了人工构造超疏水材料的研究工作。
超疏水涂层的构筑一般需满足两个条件：一是低表面能，二是足够的粗糙度。
从制备方法上来说，主要有溶胶-凝胶法、模板法、层层自组装法、化学气相沉积法、刻蚀法等。
近年来，随着科学技术的快速发展，超疏水表面在制备技术及性能研究上有了极大的进步，多种超疏水涂层被相继制备出来，在自清洁[6-7]、金属防腐[8-9]、防覆冰[10-11]、油水分离[12-13]、微流体装置[14-15]等领域展现出巨大的应用价值。
然而，目前制备超疏水材料的方法大多涉及繁琐的工艺过程或昂贵的仪器设备，难以用于大面积的生产；此外，大多数超疏水材料在使用过程中存在持久性不佳、耐用性不强等缺点，特别是容易在机械摩擦或刮擦下受到损伤，导致超疏水性能的丧失；同时，随着现代工业和人工智能化的快速发展，单一的超疏水性已经无法满足材料在柔性电子、快速融冰融雪、无人驱动、透明电极等新兴领域中的使用要求[16-19]。
因此，研究和开发制备工艺简单、抵抗外界破坏能力优异、可实现工业化生产的超疏水材料是具有极大价值的。
另外在设计和制备超疏水材料时，除了使其具备超疏水性，同时赋予其可拉伸性、自修复性、透明性、导电性、导热性等至少一种功能，则会进一步拓宽其应用领域并发挥关键作用，这也是目前在超疏水材料领域中的关键性科学问题。
超疏水材料研究进展PPT
Sun 等课题组成员为了获取具有荷叶结 构的超疏水表面， 在聚二甲基硅氧烷表面 进行模板法得到了具有荷叶结构的凹模板， 再使用该凹模板得到具有与荷叶表面结构 类似的凸模板， 在扫描电镜下看到了具有 粗糙结构的表面，展现了良好的超疏水性 能。
Manhui Sun,et al.Artificial Lotus Leaf by NanocastingLangmuir, Vol. 21, No. 19, 2005 8979.
J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 9049–9056
三、光催化超疏水材料研究进展
一、研究背景
Wenzel 模型
cosɵW =rcosɵe
式中，θW为表观接触角，(°)；θY为理想表面 的本征接触角，(°)；λ 表示粗糙度因子，是 真实固液界面接触面积与表观固液界面接触面 积的比值，λ≥1
ห้องสมุดไป่ตู้
Cassie模型
cosɵc =f1cosɵ1 + f2cosɵ2
将表面组成分量加入方程中式中，f1和 f2分别 为复合表面中固相与气相的表面积分数，%； θ1和θ2分别为它们的接触角
一、研究背景
Young方程——理想、平滑的固体表面
cosɵ =(γ -γ )/ γ
sg ls lg 式中，γsg、γsl、γlg分别表示固气、固液以及液气之间的界 面张力，N/m
Θ < 90°，表现出亲水的性质， Θ > 90°，表现出疏水的性质
Young Equation
Young方程解释了接触角 和表面能的关系
通过双层涂层制备长期耐用的超疏水和（同时）抗
反射表面，该双层涂层包含部分嵌入通过溶胶生产的有 机二氧化硅粘合剂基质中的三甲基硅氧烷（TMS）表面 功能化的二氧化硅纳米颗粒-凝胶过程。首先将致密且均 匀的有机硅胶层涂覆到玻璃基板上，然后在其上沉积三 甲基硅烷化的纳米球基超疏水层。在热固化之后，两层 变成整体膜，并且疏水性纳米颗粒被永久地固定到玻璃 基板上。经过这种处理的表面在户外暴露2000小时期间 显示出极好的防水性（接触角CA= 168°）和稳定的自 清洁效果。
超疏水材料的制备与界面性能研究
超疏水材料的制备与界面性能研究引言近年来，随着科技的进步和社会的发展，超疏水材料逐渐成为一种备受关注的新材料。
其独特的界面性能为许多领域带来了诸多新的应用机会。
本文将讨论超疏水材料的制备方法以及其在界面性能方面的研究进展。
一、超疏水材料的制备方法1. 仿生法超疏水材料的仿生法制备是目前较为常用的方法之一。
通过模仿自然界中的疏水表面，如莲叶和罗汉松等，可以使用一系列的化学合成方法制备出具有类似性能的超疏水材料。
这种方法的优势在于具有较高的可控性和易操作性。
2. 组装法组装法是通过自组装或者模板法将微/纳米颗粒有序排列在基底上，形成颗粒阵列或者多孔结构，从而达到超疏水性能。
该方法可以通过调控粒子尺寸、形状和表面修饰等工艺参数，实现对超疏水材料的性能调优，具有很高的灵活性和可扩展性。
3. 化学改性法化学改性法是通过对材料表面进行物理或化学处理，引入各种功能单元以改变其表面性质，从而获得超疏水性能。
常见的方法包括表面修饰、溶液浸涂、溶剂热处理等。
这些方法通常可以在普通材料上实现超疏水效果，提高材料的界面稳定性和抗污染能力。
二、超疏水材料的界面性能研究1. 液滴接触角超疏水材料的液滴接触角是评价其疏水性能的重要指标之一。
接触角的大小直接反映了液滴在材料表面上的展开情况。
通过对超疏水材料接触角的研究，可以揭示材料表面微观结构与界面相互作用之间的关系，为超疏水材料的设计与制备提供参考。
2. 低表面能超疏水材料通常具有很低的表面能。
这一特性使得其表面能远低于液体的表面张力，使液滴在其表面上呈现出球形。
低表面能能够实现超疏水材料的自洁性和抗沾污性，对于减少材料的摩擦系数和提高材料的稳定性有重要作用。
3. 自清洁性超疏水材料的自清洁性是指其表面具有自洁能力，能够将粒子、灰尘等外来物质随液滴的滚动或者风吹而自动清洁干净。
这一特性极大地提高了材料的耐污染性，减少了清洁的频率和强度，对环境保护和材料的长期使用具有重要意义。
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ｂ ｉ ｏ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ；ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ｈ ｏ ｂ ｉ ｃ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ；ｍ ｉ ｃ ｏ ｒ ｏ ｎ ａ ｎ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ
文献标 识码 ：Ａ 中图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 类号 ：０ ３ ４ ３
孔祥 清
孔祥清 （ １ ９ ８ ２ 一） ． 女， 博士． 讲师， 研 究 领域为微纳米生物 力学。
摘要 结合作 者课题 组 的相 关工作 ， 介 绍 了植 物叶子、 昆虫翅膀及小型水 面昆虫水 黾等 几种 天然生物材 料表 面的微 纳观 结构及超 疏水性 能研 究进展 ，并特别介 绍 了作者研 究小组对蚊子腿部 表面超疏 水性能的研 究成 果 ，最后 对天 然生物 材料表 面超疏 水性 能的研 究进行 了总结和展 望。 关键词 生物材料 ；超疏 水性 能 ；微 纳结构
Ｋ ０ ｎ ｇ Ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ Ｗｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｏ ，Ｑ ｕ Ｙ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ
Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｊ ｉ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ ， １ ２ １ Ｏ Ｏ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ
艇 、雷达 通讯 等领 域都 有着 极其 广 阔的应 用前 景 ， 引起 人们 的普遍关注【 ｌ 】 。所谓超疏水表面一般是指与水的接触角大
的污 染 ，经过 亿万 年 的进 化 ，已经 用尽 可 能 少的 材料 最 优
化成各种特殊形态的微纳米尺度分级结构 ，呈现 出完美的 超 疏 水特 性 １ ，荷 叶 表面 就 是 其 中最 为典 型 的 一 类 。我 们 只要仔 细 观察 就 会 发现 ，当水 滴 滴到 荷 叶表 面 时会 形 成亮
晶晶的球 形水 珠 ，图１ ． ａ 显示 了荷 叶表面 的水 珠 形状 ，这些
于１ ５ ０ 。的表面 ， 这方面大 自然给了我们很多的启发 。例如 荷 叶表 面 、蝴 蝶 翅膀 、水 黾及 蚊子 腿 等都 具 有超 强 的疏 水
自清洁 功 能 ，使 得荷 叶 等植 物 叶 可以 “ 出淤 泥而 不 染 ” 、 蝴蝶 等 昆虫可 以 在雨 雾 中 自由飞行 、水 黾及 蚊子 等 小 型水 面 昆 虫可 以在 水 面 自由行走 而 不 至于 沉 没 。关 于这 些 生物 材 料表 面 的超 疏 水性 能 的研 究 目前 已经 取得 了很 多的 研究
生物材料表面的超疏水性能研究进展
孔祥清 章文娇 曲艳东
辽 宁工 业 大 学土 木 建 筑 与 工程 学 院 ，辽 宁 锦 州 １ ２ １ ０ ０ １
Ａ ｒ ｅ ｖｉ ｅｗ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅｃｅ ｎｔ ｐ ｒ ｏｇｒ ｅｓｓ ｉ ｎ ｓ ｕ ｐｅｒ ｈ ｙ ｄｒ Ｏ ｐｈ Ｏｂ ｉ ｃ ｓ ｕｒ ｆ ａ ｃｅｓ ｏｆ ｂ ｉ ｏｍａｔ ｅ ｒ ｉ ａｌ ｓ
基础及前 沿
中 国 科 技 信 息 ２ ０ １ ３ 年 第２ ２ 期 Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｎ ｏ ｖ ． ２ ０ １ ３
基金项 目 ：辽 宁省教育 厅基￣ ， （ Ｌ ２ ０ １ １ １ ０ ３ ， Ｌ ２ ０ １ ２ ２ ２ １ ） ，辽宁工业 大学人 才基金 （ Ｘ ２ ０ １ １ ２ ９ ） 资助
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ８ ９ ７ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ２ ２ ． ０ ０ ５
１概 述
物体表 面的超疏水 特性在防 雪、防水 、防 雾、防污 染 、抗 氧化 等 人们 日常 生活 、工农 业 生 产以 及航 天 器 、潜