第六章疏水材料--超疏水知識發(fā)現(xiàn)

1、logo supperrepellent material1學(xué)習(xí)園地1 wettabilityvyoungs equation: cos=(sv sl)/ lv v hydrophobic: 90 ;v hydrophilic： 90 . wettability is a fundamental property of material surfaces2學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地v water contact angle (wca) larger than 150 and extremely low wca hysteresis or sliding angle less than 10.superh

2、ydrophobicity3學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地sliding anglevmg(sin)/ = (cosa-cosr)va advancing contact angle,vr receding contact angle, vm-the quality of water drop，vg-acceleration of gravity ，v-diameter of water drop，v-surface energy of water drop。vm，g， are constant ，then：vsincosa cosr.4學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地a wide spectrum of applicat

3、ions5學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地soysauce6學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地7學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地8學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地water collector in the desert9學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地 10學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地antifouling coatingv the undesirable accumulation of microorganisms, plants, and animals on artificial surfaces immersed in sea water.v high frictional resistance and fuel consumption, due to generated r

4、oughness,v deterioration of the coating so that corrosion, discolouration, and alteration of the electrical conductivity of the material are favoured.11學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地 vlow surface energy coatingfor mitigating marine biological foulingv antifouling coating12學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地drag reduction13學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地14學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地self-cl

5、eaningmaterials15學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地antifrost16學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地antifogging surfaces17學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地局部局部放大放大oilwater separation18學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地supperrepellent material in nature19學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地出淤泥而不染，出淤泥而不染，濯清漣而不妖。濯清漣而不妖。-宋宋.周敦頤周敦頤愛蓮說愛蓮說20學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地超疏水的荷葉和表面結(jié)構(gòu)（超疏水的荷葉和表面結(jié)構(gòu)（a)a)球形的水滴滴在荷葉表面（球形的水滴滴在荷葉表面（b)b)荷葉表面大荷葉表面大面積的微結(jié)構(gòu)（面積的微結(jié)構(gòu)（c)c)荷葉表面單個乳

6、突（荷葉表面單個乳突（d d）荷葉表面的納米結(jié)構(gòu)）荷葉表面的納米結(jié)構(gòu)lotus effect21學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地cicadas wingscicadas wingsv 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 nm80 nm，納米柱的間距大約在，納米柱的間距大約在180 nm180 nm規(guī)則排列納米突起所構(gòu)建的規(guī)則排列納米突起所構(gòu)建的粗糙度使其表面穩(wěn)定吸附了一層空氣膜，誘導(dǎo)了其超疏水的性質(zhì)粗糙度使其表面穩(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。，從而確保了自清潔功能。22學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地butter

7、fly wingsbutterfly wings23學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地24學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地2、 the theoretics of supperrepellent materialwettabilitycassie modelwenzel modelyoungs equation25學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地v for smooth, flat, uniform solid surface, the relationship between contact angle and surface energy can be described by yongs equation (thomas young,

8、1805 ) : : cos=(sv sl)/ lv interfacial tension: sv 、 sl 、 lv yongs equation26學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地27學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地functional surfacehydrophilic groups: oh、cho、 cooh、nh2hydrophobic groups： cnh2n+1、 ch=ch2、 c6h5、x、no2 cf328學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地fluorinated polymer the reason of choosing fluorosilicone low surface energy and high surf

9、ace-active of cf3 group improves the adhesion and compatibility29學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地self-assembly 30學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地vfor smooth, flat, uniform solid surface, the highest contact angle is only 119。31學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地real solid surface with concave-convex structurewenzel modelcassie model32學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地logocos*= 1real contact areaapp

10、arent contact arrealvslsv ) -r(=r cos wenzel model：33學(xué)習(xí)園地cos*=lvslsv ) -r(=r cos providing =110，if r0.53， * will be larger than 150wenzel model34學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地cassie model35學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地logocos= fcos+(1-f)cos180 = fcos+f-1area fraction f=a/(a+b)lets assume that =110，if f is less than 0.2, will be larger than 1

11、50.cassie modelproviding ca between liqiud and air is 18036學(xué)習(xí)園地pan nano fiber materialpan nano fiber material37學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地wenzel modelincreasing the contact area between liqiud and solidsliding angle very largecassie modeldecreasing the contact area between liqiud and solidsliding angle very small38學(xué)習(xí)園

12、地學(xué)習(xí)園地self-cleaning effectdirt39學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地higher casmaller sasupperrepellent surface40學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地roughening a hydrophobic materialfabricationsupperrepellent surfacemodifying a rough surfaces chemical components41學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地turning a surface super-repellent even to completely wetting liquids tingyi“l(fā)eo”liu,et

13、al.,science, vol. 346, pp.1096-1100, 2014. 42學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地template method43學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地etching 44學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地 v mccarthymccarthy等在聚四氟乙烯等在聚四氟乙烯 (ptfe)(ptfe)存在下存在下, , 用射頻等離子體刻蝕聚丙烯用射頻等離子體刻蝕聚丙烯 (pp)(pp)制備出粗糙表面。表面與水的前進(jìn)角制備出粗糙表面。表面與水的前進(jìn)角/ /后退角可達(dá)后退角可達(dá) a/r = 172/169。利用射頻等離子體刻蝕法在不同刻蝕時間得到的聚丙烯掃描電子形貌圖利用射頻等離子體刻蝕法在不同刻蝕時間得到的聚丙烯

14、掃描電子形貌圖: ( a) 0 min, ( b) 30 min, ( c) 60 min, ( d) 90 min,( e) 120 min, ( f) 180 min45學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地chenchen等利用納米球刻蝕的方法首先得到了排列整齊的單層聚苯乙烯等利用納米球刻蝕的方法首先得到了排列整齊的單層聚苯乙烯 (ps)(ps)納米納米珠陣列珠陣列 , ,再用氧等離子體處理以進(jìn)一步減小納米珠的尺寸從而得到粗糙表面。再用氧等離子體處理以進(jìn)一步減小納米珠的尺寸從而得到粗糙表面。在其表面覆蓋在其表面覆蓋 20nm20nm厚的金膜并用十八硫醇厚的金膜并用十八硫醇(odt)(odt)進(jìn)行修飾可以增強(qiáng)其

15、疏水性進(jìn)行修飾可以增強(qiáng)其疏水性。通過調(diào)整。通過調(diào)整 psps納米珠的直徑納米珠的直徑 (440-190 nm)(440-190 nm)可以控制表面接觸角的大小可以控制表面接觸角的大小 (132-(132-168168 ) )。氧等離子體處理后的超疏水氧等離子體處理后的超疏水 psps納米珠陣列表面納米珠陣列表面46學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地47學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地chemical vapor deposition 江雷等利用化學(xué)氣相沉積法江雷等利用化學(xué)氣相沉積法(cvd)在石英基底上制備了各種圖案在石英基底上制備了各種圖案結(jié)構(gòu)的陣列碳納米管膜結(jié)構(gòu)的陣列碳納米管膜, 結(jié)果表明結(jié)果表明, 水在這些膜表面的接觸角

16、都大于水在這些膜表面的接觸角都大于 160, 滾動角都小于滾動角都小于5, 納米結(jié)構(gòu)與微米結(jié)構(gòu)在表面的階層排列被認(rèn)納米結(jié)構(gòu)與微米結(jié)構(gòu)在表面的階層排列被認(rèn)為是產(chǎn)生這種高接觸角、低滾動角的原因。為是產(chǎn)生這種高接觸角、低滾動角的原因。48學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地4 research planvin order to fabricate superhydrophobic or superhydrophilic surfaces based on sub-micron structures, i think my research in uw can be divided into three stages.4

17、9學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地vfirstly, the fabrication of artificial structured surface. vseveral artificial structured surfaces have been disgined. vif these nanopillar and mushroom shaped nanopillars array with piece of 10 mm10 mm can be prepared by electroplate copper or nickel nanopillars?50學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地51學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地vsecon

18、dly, modify its components by surface fluorination. 52學(xué)習(xí)園地學(xué)習(xí)園地vlastly, the fabrication of hierarchical structures. if the property of above structured surface after surface fluorination can not meet superhydrophobic or superhydrophilic requirement, i will increase surface roughness by preparing hierarchical structures on above ar