超疏水现象及应用
超疏水材料的实际应用
超疏水材料的实际应用我想先给你讲个小故事。
那天，我和朋友小李一起去公园散步。
那是一个阳光明媚的周末，公园里人来人往，热闹非凡。
我们正走着呢，突然看到一个小男孩在湖边拿着水枪玩耍。
小男孩的妈妈在旁边一脸无奈又宠溺地看着他，嘴里还念叨着：“你可别把衣服弄湿了，这孩子就爱玩水。
”小男孩却不管不顾，沉浸在自己的小世界里，对着湖水一阵扫射，水花溅得到处都是。
这时候，我就跟小李说：“你看这孩子玩得多开心，不过要是有一种东西能让水沾不到身上就好了，就像荷叶一样，你看荷叶上的水珠，滚来滚去的，荷叶一点都不湿。
”小李眼睛一亮，说：“你说的就是超疏水材料啊！现在这种材料可厉害着呢，有很多实际的应用。
”就拿我们日常穿的衣服来说吧。
如果用超疏水材料制作衣服，那像这个小男孩这样爱玩水的孩子就有福了。
不管是下雨天在水坑里踩水，还是不小心被水溅到，水都会像在荷叶上一样，在衣服表面形成水珠然后滚落下去，根本不会浸湿衣服。
而且这种衣服清洗起来也特别方便，污渍就像水珠一样难以附着在上面，就好像衣服穿上了一层神奇的“铠甲”，水和脏东西都近不了身。
这对于那些忙碌的上班族来说，简直是福音。
想象一下，早上出门不小心被洒水车洒到，结果拍拍衣服就没事了，那多省心啊。
再看看汽车。
汽车在行驶过程中，经常会遇到下雨天或者经过积水路段。
如果汽车的外壳使用超疏水材料，雨水就会迅速从车身上滑落，就像荷叶上的水珠滚落一样自然。
这样不仅可以保持车身的干净整洁，减少洗车的次数，而且还能提高行车的安全性呢。
因为雨水不会在车窗或者后视镜上停留，司机的视线就不会被遮挡。
你想啊，在大雨天开车，别人的车窗上都是水帘，而你的车窗却清清爽爽的，就像有一双明亮的眼睛在看路，是不是感觉超酷？还有啊，建筑物的外墙要是用上超疏水材料，那效果也是杠杠的。
我曾经看到过一个老房子，外墙因为常年被雨水侵蚀，长满了青苔，看起来脏兮兮的，而且还影响墙体的寿命。
要是用了超疏水材料，雨水就无法长时间停留在墙面上，就像调皮的小孩在滑梯上滑下去一样，青苔也就没有了生长的温床。
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：
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。
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。
仿生超疏水材料的应用
仿生超疏水材料的应用我还记得那天下着淅淅沥沥的小雨，我和朋友小李一起走在回家的路上。
小李是个特别爱干净的人，每次出门都打扮得整整齐齐，今天也不例外，他穿着一双崭新的白色运动鞋，那鞋子白得就像刚从云朵里拿出来似的。
我们正走着呢，突然前面有个小水洼。
这可把小李急坏了，他皱着眉头，眼睛紧紧盯着那个水洼，脚步一下子就停住了，就像被施了定身咒一样。
“哎这可怎么办啊？我这新鞋要是踩进去，可就全毁了。
”他嘟囔着，满脸都是无奈和心疼。
我在一旁打趣道：“你就像护着宝贝似的护着这双鞋。
”就在这时，我突然想到了仿生超疏水材料。
我对小李说：“你知道吗？现在有一种特别神奇的材料，如果用这种材料做鞋的话，就不用担心这个问题啦。
”小李眼睛一亮，好奇地问：“什么材料这么厉害？快给我讲讲。
”我开始滔滔不绝地给他介绍起来。
仿生超疏水材料啊，它可是模仿大自然中的一些神奇现象研制出来的呢。
比如说荷叶，你看荷叶上的水珠，总是滚来滚去的，荷叶就像一个超级滑滑梯，水珠根本不会沾在上面。
仿生超疏水材料就像荷叶一样，水根本没法在上面停留。
这种材料的应用可广泛了。
就拿建筑来说吧，想象一下，如果建筑物的外墙使用了这种材料，那下雨天的时候，雨水就会像坐滑梯一样迅速滑落，外墙永远都是干干净净的。
再也不用担心雨水侵蚀墙体，导致墙面发霉或者变色了。
这就好比给建筑物穿上了一件永远不会弄脏的雨衣，多酷啊！还有汽车，汽车在行驶过程中难免会遇到雨水或者泥泞的道路。
如果汽车的表面采用了仿生超疏水材料，那雨滴和泥水就只能在车身上短暂停留，然后迅速滚落。
这不仅能让汽车一直保持干净整洁，而且还能减少清洗汽车的次数呢。
对于那些爱车如命的人来说，这不就像是给汽车请了一个免费的清洁小助手吗？再看看我们日常使用的手机屏幕。
我拿出我的手机晃了晃，对小李说：“你看，现在手机屏幕要是沾上水或者油污，擦起来多麻烦啊。
要是屏幕是用仿生超疏水材料做的，那这些脏东西就很难沾上去了。
就算不小心沾上了一点，轻轻一抖，就像抖落灰尘一样，脏东西就掉下来了。
超疏水表面的应用
超疏水表面的应用超疏水表面的应用1自清洁的应用当具有超疏水表面的金属稍微倾斜，再喷洒人工雨时，金属表面的小水滴将会合并成大水珠滚落，并带走表面的污染物，实现自清洁或易于清洗，减少了洗涤剂对环境的污染，省力又环保。
2 耐腐蚀的应用大多数金属材料表面不可避免地会发生氧化，遇上水等常见的液体腐蚀介质，氧化膜不能有效的起到保护作用。
如果金属表面覆盖有超疏水膜层，膜层的微纳米符合结构中所含的”空气垫”将会保护金属表面，隔开基底与液体的直接接触，使得腐蚀离子难以到达金属表面，显著提高了金属的耐蚀性。
3 流体减阻应用船舶等航行体在前行过程中不可避免地会受到来自水流和空气的阻碍，除了兴波阻力和压差阻力，最大的前进阻力是摩擦阻力。
表面超疏水的固体浸没在水中时并不是与液体直接接触而是隔着一层空气薄膜局部接触，并且其表面的超疏水结构中所含的空气可以大大增加固体的浮力，加上有些超疏水膜本生是疏水材料，极难溶于水，因此超疏水表面能够明显降低水流的摩擦阻力。
4 防冰抑霜的应用表面超疏水的金属基体之所以防冰霜是由于以下四个因素：（1）接触角越大，结霜时的热力学势垒越大，活化率越低，水珠的液核难以生成，导致了初始水珠的出现变慢；（2)接触角越大，生成的水珠的曲率半径越小，水珠表面的饱和气压越高，水珠生长的缓慢；（3）接触角越大，生成的水珠越容易合并长大，液滴高度越高，离冷面越远，与冷表面的接触面积越小，减缓了换热过程，水珠不容易冻结。
（4）接触角越大，滚动角越小，水珠与固体表面的黏附力越小，容易在自身重力或风力等外在作用力的作用下掉落。
实际应用中，可以将卫星天线最外层的保护层制备为具有超疏水性能的膜层，这样就能大大减少雨雪的附着，从而保证通讯信号不受雨雪的干扰。
5.油水分离的应用20℃的室温下纯水的表面张力为m72，他是同等温度下油等有机8.mN/物表面张力的2~3倍如果某种材料的表面自由能介于二者之间，那么该材料就会具有超疏水超亲油的独特性能。