超疏水表面上的微納結(jié)構(gòu)

1、報(bào)告人：劉粒祥 學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院 學(xué)號(hào)：12012328 超疏水表面上的微納結(jié)構(gòu) 2014.10.09 2 微納結(jié)構(gòu)微納結(jié)構(gòu) 超疏水表面結(jié)構(gòu)超疏水表面結(jié)構(gòu) 微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 超疏水結(jié)構(gòu)超疏水結(jié)構(gòu) 概念概念 超疏水結(jié)構(gòu)超疏水結(jié)構(gòu) 制備制備 超疏水結(jié)構(gòu)超疏水結(jié)構(gòu) 性能檢測性能檢測 3 微納結(jié)構(gòu) 1.什么是納米結(jié)構(gòu)？ 納米結(jié)構(gòu)（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小結(jié)構(gòu)。也就是以納米尺度的物質(zhì)單 元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或組裝一種新的體系。 0維：指在空間3維尺度均在納米尺度,如納米尺度顆粒,原子團(tuán)簇等; 1維：指在空間有兩維處于納米尺度,如納米絲、納米棒

2、、納米管等 2維：指在3維空間中有1維在納米尺度,如超薄膜多層膜,超晶格等。 4 微納結(jié)構(gòu) 2.什么是微納結(jié)構(gòu)？ 5 超疏水表面結(jié)構(gòu) 1.什么是超疏水？ 接觸角 90 的固體表面稱之為親水表面 接觸角 90150 的固體表面稱之為超疏水表面 接觸角：就是液滴在固體表面達(dá)到熱力學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，氣液界面與固液界面所夾的角度 滾動(dòng)角：液滴在傾斜表面上剛好發(fā)生滾動(dòng)時(shí)，傾斜表面與水平面所形成的臨界角度 6 超疏水表面結(jié)構(gòu) 2 超疏水表面結(jié)構(gòu)與微納結(jié)構(gòu)的關(guān)系 7 超疏水表面結(jié)構(gòu) 蟬翼表面由規(guī)則排列的納米 柱狀結(jié)構(gòu)組成納米柱的直 徑大約在80 nm，納米柱的間 距大約在180 nm規(guī)則排列 納米突起所構(gòu)建的粗

3、糙度使 其表面穩(wěn)定吸附了一層空氣 膜，誘導(dǎo)了其超疏水的性質(zhì) ，從而確保了自清潔功能。 8 超疏水表面結(jié)構(gòu) 超疏水的荷葉和表面結(jié)構(gòu) （a)球形的水滴滴在荷葉表面 （b)荷葉表面大面積的微結(jié)構(gòu) （c)荷葉表面單個(gè)乳突 （d）荷葉表面的納米結(jié)構(gòu) 9 超疏水表面結(jié)構(gòu) 通過實(shí)驗(yàn)測試，水滴在荷葉表面的接觸角和滾動(dòng)角分別為161.0左右和2左右 。這使得荷葉具有了很好的自清潔能力。 由于荷葉微納微納結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的存在，大量空氣儲(chǔ)存在這些微小的凹凸之間，使得水珠只 與荷葉表面乳突上面的蠟質(zhì)晶體毛茸相接觸，顯著減小了水珠與固體表面的接 觸面積，擴(kuò)大了水珠與空氣的界面，因此液滴不會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展，而保持其球體狀 ，這就是荷

4、葉表面具有超疏水性的原因所在。 10 超疏水表面結(jié)構(gòu) 銅箔銅箔超疏超疏 水表面結(jié)水表面結(jié) 構(gòu)構(gòu)的制備的制備 預(yù)處理 微納結(jié)構(gòu) 構(gòu)建 化學(xué)改性 預(yù)處理銅 箔 溶液配制 恒溫密封 反應(yīng)7h 氟硅烷乙 醇溶液洗 滌 NaOH洗 滌 真空干燥 4M KOH 0.5M O6H)Zn(NO 223 丙酮 稀鹽酸 乙醇 去離子水 11 20 C, 25 C, 30 C and 35 C溫度下 銅箔表面的微納結(jié)構(gòu)（掃描電鏡下觀察而得 ） 超疏水表面結(jié)構(gòu)（超疏水結(jié)構(gòu)性能檢測） 銅箔不同結(jié)構(gòu)和潤濕性表面結(jié)露情況對比 (a) 未處理平銅箔 (b) 具有微米結(jié)構(gòu)的銅箔 (c) 具有納米結(jié)構(gòu)的銅箔 (d)具有微納復(fù)合結(jié)

5、構(gòu)的銅箔. l凝結(jié)速度不同 l液滴分布不同 l液滴開始凍結(jié)的時(shí)間不同 微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 新型超疏水材料的應(yīng)用將十分廣泛：新型超疏水材料的應(yīng)用將十分廣泛： 沙漠集水 遠(yuǎn)洋輪船船底涂料，可以達(dá)到防污、防腐的效果 室外天線上，建筑玻璃，汽車、飛機(jī)擋風(fēng)玻璃上，可以防積雪，自清潔 冰箱、冷柜等制冷設(shè)備的內(nèi)膽表面上，凝聚水、結(jié)霜 、結(jié)冰現(xiàn)象 天然氣、石油管道內(nèi)壁表面超疏水分子膜 用于微量注射器針尖，可以完全消除昂貴的藥品在針尖上的黏附及由此帶來的 對針尖的污染 防水和防污處理 微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 輪船船底涂料輪船船底涂料 輪船底部的低表面能防污涂料輪船底部的低表面能防污涂料 微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用 具有抗露、防霜、抗露

6、、防霜、 自潔自潔功能的新型節(jié) 能空調(diào)換熱器 展望 微納超疏水表面結(jié)構(gòu)材料涉及表面科學(xué)、納 米科技、材料科技等眾多領(lǐng)域，是一種工業(yè)上非 常重要的技術(shù)，在醫(yī)藥 、生物技術(shù) 、化學(xué)機(jī)工程 領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景 、是納米科技的應(yīng)用 體現(xiàn)之一。 待解決問題：待解決問題：機(jī)械穩(wěn)定性問題 、老化問題 、成 本、制備工藝，工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，以及 更深層次的理論研究。 參考文獻(xiàn) 【1】張友法,余新泉,周荃卉,李康寧. 超疏水銅表面的制備A. 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì).第 八屆全國表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議暨第三屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集（七）C.中國機(jī)械工程學(xué) 會(huì)表面工程分會(huì):,2010:1. 【2】張友法,余新泉,周荃卉,李康寧. 超疏水低粘著銅表面制備及其防覆冰性能J. 物理化學(xué)學(xué)報(bào) ,2010,05:1457-1462. 【3】梁彩華,汪峰,呂艷,范晨,吳春曉,張小松,張友法. 翅片表面特性對結(jié)霜過程影響的實(shí)驗(yàn)研究J. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,04:745-750. 【4】Yongmei Xia, Youfa Zhang*, Xinquan Yu, Feng Chen. Direct solution phase fabrication of ZnO nanostructure arrays on coppe