仿生超疏水性表面的研究进展_郭志光
DDS—SiO2提高搪瓷表面疏水性的研究
１３５ 搪瓷涂膜前后表面性能的对 比 ．． 根据 国家 搪瓷测 试标 准 （ Ｂ１４４— ２ ， 表面 疏水 改性处 理后 的搪 瓷 片耐 酸性 和 耐碱 性 强度 基 本没 Ｇ ３８ ９ ）经 有变化 ， 化学稳定性与耐磨性符合国家规定的标准。由于 目前未有专 门的薄膜密着强度测试仪， 因此 ， 我们
ｃ ａａ ｔｒ ｔ ． ｈ ｅ ｕｔ ｓｏ ｄ ｔａ ｌｍｅ ｔｇｏ ｐ ｈ ｒｃｅ ｓｉ Ｔ ｅｒｓ ｌ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｅ ｎ ｒｕ ｓ—ＣＨ ｎ ｉ ｉ ｃ ｓ ｅ ａ ｄ Ｓ —Ｏ —Ｓ ｅｅ ｏ ｓ ｒｅ ｎｔｅｆ ｍ ｉ ｒ ｂ ｅｖ ｄ ｏ ｈ ｌ ｗ ｉ ｓ ｒ ｃ ｎ ｈ ｒｐｅ ｏ ｔｃ ｎ ｌ ｓｏ ｅ 。 Ｉ ｉｄｃ ｔｓｔａ ｏ Ｕｆｃ ｎ ｒｙａ ｄｒｕ ｈ ｅ ｓ ｕｆ ｅ ａ ｄ ｔｅ ｄｏ ｌｔｃ ｎａ ｔａ ｇｅｗａ ｖ ｒ１ ０ ．ｔ ｎ ｉａｅ ｈ ｔｌｗ Ｓ ｒ ｅｅ ｅｇ ｎ 水基 团 一 Ｈ ， Ｃ ，通过 自组装 向薄膜引入硅 甲基 ， 能够降低薄膜 的表面能 ， 提 高膜 层 的疏水 性 。
目前钢板搪瓷广泛用于建筑物、 地铁车站和地下隧道的内外装饰 ， 具有疏水性能的搪瓷不仅起到保 护和
｝ 收稿 日期 ：０ １ ０—２ ２ １ —１ ７
角下降并产生一定波动。因此可以推断 ， ｈ ２ 浸泡时间是使搪瓷片获得较好效果的最佳有效时间。 ２４ Ｄ — ｉ ２ ． Ｄ Ｓ ＳＯ 薄膜疏水性机理 普通的二氧化钛面釉搪瓷片表面成分含有 ｃ 、 ａ Ｋ 这些金属碱离子较为活泼 ， ａ Ｎ 、 ， 易于与空气 中的 Ｏ Ｈ发 生反应 ， 因此 钛 白面釉 搪瓷 表 面 呈 现亲 水 性 。利 用 Ｔ Ｏ Ｅ Ｓ溶 胶 一凝 胶 法在 表 面 涂 覆 一层 含 有 ＳＯ ｉ
仿生智能浸润性表面研究的新进展
联系人 简介 ：江
雷，男 ， 士，研究 员 ， 博 博士生导师 ，中国科学 院院士 ，主要从事仿生功能界面材料 的研究．
Ｅ ｍａ ： ｉｎｌ ＠ ｉ ａ．ｃ ａ — ｉ ｊ ｇｅ ｃ ｓａ．ｎ ｌ ａ ｉ ｃ
对 Ｙ ｕ ｇＳ ｏｎ 方程进 行 了修正 ， 方程对 粗糙 度表 面具 有一定 的实 用性 ．随后 ， ａｓ 该 Ｃ ｓｉ ｅ等 进一 步拓 展 了 Ｗｅｚｌ ｎｅ 方程 ， 出可 以将不 均匀 的 固体 表 面设想 成 由平 滑及 粗糙 两个表 面组 成 的一 个 复合 表面 ， 精 提 更 确地 描述 了真 实 的表 面体 系．Ｊｈ ｓｎ等 在 总 结 Ｗｅ ｚｌ 程 的基 础 上 ，通 过模 拟 粗糙 表 面 发 现 ，表 ｏ ｎｏ ｎｅ 方 面 的粗糙 因子存 在一 个 临界值 ， 出这个 临界 值 ， 超 固体 表面 浸润性会 从适 用 于 Ｗｅ ｚｌ ｎｅ 方程转 到适 用于 Ｃ ｓ ｅ 程 ．近 年来 ， 雷等 结 合超 疏水 表面 接触 角滞后 的不 同 ，对超 疏水状 态 进行 了补 充 和拓 展 ， ａｓ 方 ｉ 江 认 为超疏 水表 面 的存 在状 态包 括 Ｗｅ ｚｌ ｎｅ 状态 、 ａｓ 状 态 、 ｏ ｓ 态 、 ｎｅ 与 Ｃ ｓｉ Ｃ ｓｉ ｅ Ｌｔ 状 ｕ Ｗｅ ｚｌ ａｓ ｅ的过 渡态 以及 Ｇ ｃ ｏ 态等 ５种 ． ｅｋ 状
性 表面的生物体典 型实例 以及仿生制备 的特殊浸润性表 面和智能 响应 表面 ，展望 了具 有特殊浸 润性表面 的
研究 方向．
关键 词
超疏水 ；超亲水 ； 仿生 ； 能响应 ； 智 开关表面
文献 标 识 码 Ａ 文章编号 ０５ － ９ （００）３０ ２ —１ ２ １ ７ ０ ２ １ ０ —４ １１ ０
纳秒激光快速制备铝基超疏水表面方法研究
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(7), 595-602Published Online July 2020 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2020.107072Rapid Preparation of AluminumSuperhydrophobic Surface byNanosecond LaserZeng Yang1, Xiaokun Wang1, Zhiquan Guo1,2, Linxu Ma3, Jingnan Zhao1,2*1 Mechanical Engineering College, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin2Tianjin Key Laboratory of Integrated Design and On-line Monitoring for Light Industry & Food Machinery and Equipment, Tianjin3Mechanical Engineering Department, Tianjin Sino-German University of Applied Sciences, TianjinReceived: Jul. 9th, 2020; accepted: Jul. 22nd, 2020; published: Jul. 29th, 2020AbstractIn this paper, nanosecond laser was used to prepare the micro-nano structure on the surface of metal aluminum, and the super-hydrophobic surface was obtained by low temperature heat treatment under lauric acid environment. The mechanism of the surface transformation from su-perhydrophilic to superhydrophobic after laser ablation was investigated, and the influence of different post-treatment methods on the transformation was also investigated. Different post- processing methods have great influence on this process. Low temperature heat treatment can accelerate this wettability transition, and the addition of organic matter to the heating process can greatly improve the hydrophobic. Different experiments show that the wettability transition process is mainly caused by the adsorption of organic compounds in the surrounding atmosphere on the oxide surface.KeywordsNanosecond Laser, Superhydrophobic, Aluminum, Wettability纳秒激光快速制备铝基超疏水表面方法研究杨增1，王啸坤1，郭志全1,2，马林旭3，赵静楠1,2*1天津科技大学机械工程学院，天津2天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室，天津*通讯作者。
生物材料表面的超疏水性能研究进展
Ｋ ｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ
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
铜基超疏水表面的制备及性能研究
铜基超疏水表面的制备及性能研究铜基超疏水表面的制备及性能研究近年来，超疏水表面材料的研究引起了学术界的广泛关注。
超疏水表面具有出色的自清洁、抗污染和自润湿性能，对于解决一些与表面接触相关的问题具有重要意义。
在这些超疏水表面材料中，铜基超疏水表面因其良好的导电性、耐蚀性以及可大规模制备的优势而备受瞩目。
铜基超疏水表面的制备涉及到两个核心步骤：表面微纳结构构建和表面疏水化处理。
在表面微纳结构构建方面，常采用物理方法和化学方法。
物理方法例如光刻技术和刻蚀技术，化学方法则包括电镀、溶剂热处理等。
这些方法能够在铜基材料表面构建微纳米级的特殊结构，例如纳米柱、纳米凸点等。
这些微结构可以增加表面积，形成空气封闭的微观结构，从而降低液体与表面接触的接触面积，提高材料的疏水性能。
在表面疏水化处理方面，主要是通过改变表面化学组成或施加功能涂层来实现。
最常见的方法是利用自组装单分子膜(SAMs)和聚合物涂层。
SAMs的形成可以通过将含有有机硅化合物的溶液稀释涂覆在铜基材料表面，然后进行烘干和退火处理。
经过修饰后的表面会具有较高的亲水性，从而形成超疏水性。
而聚合物涂层则是通过在表面进行聚合反应，形成一层致密的聚合物膜。
这种膜可以提供更好的物理屏障，使铜基材料具有疏水性。
除了表面结构和化学组成的改变，外界环境的调控也会对铜基超疏水表面起到重要影响。
例如改变液体的表面张力，可以通过在液体中加入表面活性剂或者调控溶液浓度来实现。
同时，温度和光照条件也会对铜基超疏水表面的疏水性能产生影响。
在低温和光照条件下，表面微观结构更容易引起液滴在表面上的滚动，提高超疏水性能。
铜基超疏水表面的研究不仅限于材料制备，还包括性能研究。
其中，超疏水性能的评估是研究的关键。
主要评估指标包括接触角和接触角滚动角等。
接触角是液滴与表面接触的角度，接触角滚动角是指在倾斜表面上液滴的转动角度。
较高的接触角和接触角滚动角值表明材料具有较好的超疏水性能。
铜基超疏水表面在许多领域的应用潜力巨大。
超疏水性表面的制备方法
超疏水性表面的制备方法1模板法 (1)2溶胶-凝胶法 (2)3自组装法 (3)4化学气相沉积法 (3)5蚀刻法 (4)6粒子填充法 (5)疏水涂料要达到超疏水性，必须使用特定的工艺技术来提高固体表面的粗糙度。
目前为止通过提高固体表面粗糙度来增强疏水性表面的主要方法有模板法、溶胶-凝胶法、自组装法、化学沉积法、蚀刻法等方法。
1模板法模板法是国内最为常用的制备超疏水涂膜的方法，是一种整体覆盖的表面技术。
模板法以具有粗糙结构的固体为模板，将疏水材料在特定的模板上通过挤压或涂覆后光固化等技术在粗糙固体表面成型、脱模而制得超疏水薄膜。
模板法制备超疏水性涂层具有操作简单、重复性好、纳米线径比可控等优点。
江雷等[1]以多孔氧化铝为模板，通过新的模板挤压法制备了聚丙烯腈纳米纤维。
该纤维表面在没有任何低表面能物质修饰时即具有超疏水性，与水的接触角高达173.8°。
此外，研究者还以亲水性聚合物(聚乙烯醇) 制备了超疏水性表面，打破了传统上利用疏水材料才能得到超疏水性表面的局限。
刘斌等[2]以复制了荷叶表面结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS) 弹性体为软模板，在模板压印条件下，利用紫外光交联预聚物固化成型，得到了具有微乳突结构的仿荷叶表面，与水的接触角达到150°以上，并在此基础上对其表面疏水性进行了优化。
研究表明，随着紫外光固化体系中单体稀释剂含量的增加，样品表面接触角先增大再减小，含量为10%左右时达到最大值；随着交联剂含量的增加，样品接触角起初保持在一定值，含量超过20%后开始减小；随着光引发剂含量的增加，样品表面接触角逐渐增大，引发剂含量大于0.7%之后保持不变；当曝光时间长于10min后，样品表面接触角保持稳定。
Shang等[3]用直径200nm、长10μm的聚碳酸酯微孔膜作模板，放在由正硅酸乙酯及甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(MPS) 配置好的溶胶上，利用毛细管作用将溶胶吸入微孔中，溶剂蒸发后，经500 ℃热处理去除模板，得到如图1所示均一竖直排列的纳米棒状表面。
超疏水涂层的制备与性能研究
超疏水涂层的制备与性能研究一、引言在当今科技迅速发展的时代，超疏水涂层因其独特的性能引起了广泛的关注和研究。
超疏水涂层是指表面与水的接触角大于 150°，滚动角小于 10°的涂层。
这种特殊的表面性能赋予了材料自清洁、防腐蚀、抗结冰等诸多优异特性，在航空航天、船舶、建筑、医疗等领域具有广阔的应用前景。
二、超疏水涂层的制备方法（一）溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种常见的制备超疏水涂层的方法。
其基本原理是通过将金属醇盐或无机盐在溶剂中水解和缩聚，形成溶胶，然后经过凝胶化、干燥和热处理等过程得到涂层。
在制备过程中，可以通过控制反应物的浓度、反应条件以及添加表面改性剂等手段来调控涂层的表面粗糙度和化学组成，从而实现超疏水性能。
（二）化学气相沉积法化学气相沉积法（CVD）是将含有涂层组成元素的气态物质在一定的温度和压力条件下发生化学反应，在基底表面沉积形成涂层。
该方法可以制备出均匀、致密的超疏水涂层，但设备成本较高，操作复杂。
（三）静电纺丝法静电纺丝法是利用高压电场将聚合物溶液或熔体拉伸成纳米级纤维，然后将这些纤维收集在基底上形成涂层。
通过选择合适的聚合物和调整纺丝参数，可以控制涂层的微观结构和表面性能，实现超疏水效果。
（四）层层自组装法层层自组装法是基于分子间的相互作用力，如静电引力、氢键、范德华力等，将带相反电荷或具有互补官能团的物质交替沉积在基底表面形成多层结构的涂层。
通过合理设计组装的分子和层数，可以调节涂层的粗糙度和化学组成，达到超疏水的目的。
三、超疏水涂层的性能（一）自清洁性能超疏水涂层的自清洁性能是其最为显著的特点之一。
当水滴在涂层表面滚落时，能够带走表面的灰尘和污染物，使表面保持清洁。
这一性能在建筑外墙、太阳能电池板等领域具有重要的应用价值，可以减少人工清洁的成本和时间。
（二）防腐蚀性能超疏水涂层可以有效地阻止水和腐蚀性介质与基底的接触，从而提高材料的耐腐蚀性能。
涂层表面的微小空气囊可以隔绝外界的氧气和水分，减缓腐蚀反应的发生。
超疏水涂层的制备及其在金属防腐领域的应用研究进展
超疏水涂层的制备及其在金属防腐领域的应用研究进展
柯冲;李中发;朱志平;蒋永东
【期刊名称】《材料保护》
【年(卷),期】2022(55)2
【摘要】由于超疏水材料表面的特殊结构和高疏水性,当其应用在金属表面时,能有效阻止金属基材与腐蚀介质的接触,从而大幅度地提高金属材料的耐腐蚀性能及使用寿命。
首先对固体表面浸润理论以及超疏水材料的基础理论进行阐述;然后,介绍了在金属材料表面制备超疏水涂层的常用工艺技术;最后,总结并讨论了超疏水表面涂层在钢、铝和镁等金属材料上的近期发展与应用状况。
【总页数】16页(P145-159)
【作者】柯冲;李中发;朱志平;蒋永东
【作者单位】东莞深圳清华大学研究院创新中心;长沙理工大学化学与食品工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TL214.6
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