超疏水材料的制備及推廣

1、超疏水材料的制備及推廣楊 文 俊(蘭 州 理 工 大 學(xué) 蘭 州 730050摘 要 :簡(jiǎn) 述 了 對(duì) 超 疏 水 材 料 表 面 的 特 征 ,介 紹 了 目 前 比 較 先 進(jìn) 的 制 備 方 法 以 及 在 日 常 生 活 , 農(nóng) 業(yè) 、 工 業(yè) 、 醫(yī) 學(xué) 、 國(guó) 防 等 方 面 的 推 廣 , 最 后 闡 述 了 超 疏 水 材 料 的 市 場(chǎng) 前 景 。關(guān) 鍵 字 :超 疏 水 材 料 ; 薄 膜 ; 物 流 ; 戰(zhàn) 略 ; 應(yīng) 用文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 :A落 在 荷 葉 上 的 雨 滴 形 成 水 珠 順 著 葉 面 緩 緩 滾 動(dòng) 而 落 下 , 這 種 抗 水 性 稱 為 荷

2、葉 效 應(yīng) . 這 是 由 于 荷 葉 表 面 的 疏 水 層 呈 現(xiàn) 納 米 級(jí) 的 凹 凸 不 平 , 減 少 了 水 珠 與 葉 面 的 接 觸 面 積 . 植 物 葉 子 表 面 具 有 的 超 疏 水 自 清 潔 的 特 性 , 為 構(gòu) 建 人 工 疏 水 表 面 及 設(shè) 計(jì) 浸 潤(rùn) 性 可 控 的 界 面 提 供 了 靈 感 , 引 起 了 研 究 者 的 極 大 關(guān) 注 . 近 年 來 , 超 疏 水 性 表 面 的 研 究 已 成 為 比 較 活 躍 的 研 究 課 題 之 一 , 這 對(duì) 制 備 新 的 高 性 能 的 功 能 材 料 表 面 有 重 要 的 作 用 。目 前

3、 國(guó) 家 在 積 極 倡 導(dǎo) 可 持 續(xù) 發(fā) 展 ,地 球 的 燃 料 越 來 越 緊 缺 ,在 傳 統(tǒng) 燃 料 輸 送 設(shè) 備 中 , 剩 余 燃 料 都 會(huì) 造 成 很 大 的 浪 費(fèi) , 我 們 可 以 通 過 利 用 我 們 的 薄 膜 技 術(shù) ,在 管 道 內(nèi) 壁 涂 一 層 超 疏 水 材 料 薄 膜 ,這 樣 我 們 就 可 以 減 少 資 源 的 浪 費(fèi) , 同 時(shí) 也 有 利 于 管 道 的 保 護(hù) 。 與 此 相 關(guān) 的 應(yīng) 用 是 使 用 超 疏 油 表 面 進(jìn) 行 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 操 作 , 即 在 設(shè) 備 內(nèi) 制 得 超 疏 油 表 面 , 雖 然 所 用 的 表

4、 面 是 超 疏 油 性 的 , 但 其 制 備 原 理 與 超 疏 水 表 面 制 備 方 法 極 其 類 似 , 在 油 料 輸 送 管 道 和 儲(chǔ) 油 罐 內(nèi) 制 備 出 以 低 表 面 能 物 質(zhì) 修 飾 的 粗 糙 表 面 , 同 樣 可 以 適 用 于 低 表 面 能 油 料 流 體 的 輸 送 。這 一 成 果 具 有 很 高 的 工 業(yè) 應(yīng) 用 價(jià) 值 , 其 規(guī) 模 化 應(yīng) 用 潛 力 巨 大 。這 僅 僅 是 在 能 源 方 面 的 應(yīng) 用 。我 們 可 以 擴(kuò) 大 超 疏 水 材 料 的 應(yīng) 用 ,使 他 能 夠 滲 透 到 我 們 的 各 個(gè) 領(lǐng) 域 ,通 過 利 用

5、超 疏 水 材 料 薄 膜 ,去 改 善 我 們 生 活 中 的 各類 物 品 。如 果 將 超 疏 水 材 料 推 廣 到 諸 多 領(lǐng) 域 , 將 很 好 地 推 動(dòng) 超 疏 水 薄 膜 材 料 的 應(yīng) 用 ,他 將 有 很 好 的 前 途 。值 得 一 提 的 是 在 交 通 方 面 ,超 疏 水 材 料 有 很 大 的 推 廣 ,無 論 是 在 汽 車 的 玻 璃 還 是 在 電 池 ,發(fā) 動(dòng) 機(jī) 都 能 起 到 很 好 的 改 善 。1、 超 疏 水 的 理 論 依 據(jù)固 體 表 面 的 潤(rùn) 濕 性 是 由 固 體 的 表 面 化 學(xué) 組 成 和 表 面 三 維 微 結(jié) 構(gòu) 決 定 的

6、 , 液 滴 在 固 體 表 面 的 潤(rùn) 濕 特 性 常 由 楊 氏 方 程 描 述 ( Young s Eq. ,Fig.1 。 液 滴 與 固 體 表 面 間 的 接 觸 角 大 , 潤(rùn) 濕 性 差 , 其 疏 液 體 性 強(qiáng) 。通 常 有 兩 種 方 法 提 高 固 體 表 面 的 水 接 觸 角 和 疏 水 性 。一 是 通 過 化 學(xué) 方 法 降 低 固 體 的 表 面 自 由 能 , 二 是 在 疏 水 表 面 提 高 固 體 表 面 的 粗 糙 度 。目 前 已 知 的 疏 水 材 料 有 機(jī) 硅 、有 機(jī) 氟 材 料 的 表 面 能 低 , 并 且 含 氟 基 團(tuán) 的 表 面

7、能 依 - CH2- - CH3 - CF2 - C -F2H - CF3的 次 序 下 降 。 - CF3基 團(tuán) 的 表 面 能 小 至 617 mJ/ m2,水 接 觸 角 最 大 , 通 過 Dupre 公 式 可 計(jì) 算 為 115122,長(zhǎng) 鏈 碳 氫 基 團(tuán) 的 自 組 裝 有 序 單 層 膜 的 水 接 觸 角 可 達(dá) 112。 而 通 常 低 表 面 能 無 序 排 列 的 有 機(jī) 硅 、 有 機(jī) 氟 聚 合 物 的 水 接 觸 角 分 別 為 101、 1103。自 然 界 植 物 荷 葉 表 面 的 超 疏 水 自 清 潔 現(xiàn) 象 啟 發(fā) 了 科 學(xué) 工 作 者 , 他 們

8、 通 過 觀 察 植 物 葉 表 面 的 微 觀 結(jié) 構(gòu) , 認(rèn) 為 這 種 自 清 潔 的 特 征 是 由 納 米 與 微 米 雙 微 觀 粗 糙 表 面 結(jié) 構(gòu) 引 起 的 。 Wenzel4發(fā) 展 了 楊 氏 方 程 , 提 出 了 固 體 粗 糙 表 面 的 接 觸 角 方 程 (Fig. 1 ,引 入 了 粗 糙 度 因 子 r 。 提 高 固 體 表 面 粗 糙 度 , 對(duì) 于 疏 水 表 面 ( 90 則 可 大 大 提 高 其 疏 水 性 , 可 高 達(dá) 150以 上 。Cassie5在 此 基 礎(chǔ) 上 考 慮 到 實(shí) 際 中 固 2液 界 面 中 的 空 氣 氣 泡 , 提

9、出 了 應(yīng) 用 更 為 廣 泛 的 Cassie 模 型 和 方 程 (Fig. 1 。由 此 可 見 , 超 疏 水 涂 膜 的 實(shí) 現(xiàn) 離 不 開 疏 水 材 料 和 特 定 的 表 面 粗 糙 度 。2. 超 疏 水 表 面 的 制 備 方 法超 疏 水 表 面 的 制 備 方 法 近 年 來 也 得 到 了 很 大 的 發(fā) 展 , 常 見 的 有 溶 膠 凝 膠 法 、化 學(xué) 蝕 刻 法 、化 學(xué) 沉 積 法 、模 板 法 等 等 , 人 們 利 用 這 些 方 法 得 出 了 不 少 性 能 優(yōu) 異 的 超 疏 水 表 面 。2. 1 溶膠凝膠法溶 膠 凝 膠 法 , 在 玻 璃 基

10、 材 上 形 成 伯 姆 石 晶 體 , 隨 后 用 氟 硅 烷 修 飾 , 得 到 超 疏 水 表 面 , 水 滴 接 觸 角 可 達(dá) 到 168. 3。 水 解 由 異 丙 醇 鋁 和 乙 酸 乙 酯 組 成 的 螯 合 物 制 得 溶 液 , 將 涂 層 后 的 玻 璃 板 用 硬 脂 酸 正 己 烷 混 合 液 修 飾 , 得 到 透 光 率 為 62% , 水 滴 靜 態(tài) 接 觸 角 168的 半 透 明 薄 膜 。基 于 硅 面 , 以 硅 酸 乙 酯 為 前 體 溶 液 , 形 成 粗 糙 表 面 后 進(jìn) 行 修 飾 , 得 到 高 透 光 且 接 觸 角 為 156的 薄 膜

11、。 實(shí) 驗(yàn) 將 不 同 的 聚 合 物 摻 入 溶 液 中 對(duì) 比 。結(jié) 果 表 明 , 不 同 的 摻 雜 物 對(duì) 膜 各 項(xiàng) 性 能 影 響 不 同 。用 氧 化 鋁 凝 膠 涂 層 , 形 成 粗 糙 薄 膜 后 用 氟 硅 烷 修 飾 。處 理 過 程 中 加 入 添 加 劑 , 進(jìn) 行 對(duì) 比 。 結(jié) 果 表 明 添 加 酸 或 堿 , 使 pH 值 在 5. 5 8.0 之 間 會(huì) 促 進(jìn) 粗 糙 表 面 的 形 成 ; 加 入 無 機(jī) 鹽 和 醇 類 會(huì) 抑 制 粗 糙 表 面 的 形 成 。以 上 兩 個(gè) 實(shí) 驗(yàn) 探 討 了 影 響 溶 膠 凝 膠 法 制 備 超 疏 水 膜

12、的 因 素 , 為 確 定 該 法 最 佳 反 應(yīng) 條 件 提 供 了 依 據(jù) 。2. 2 化學(xué)修飾法使 用 已 進(jìn) 行 化 學(xué) 修 飾 的 硅 納 米 顆 粒 制 備 出 超 疏 水 表 面 , 并 用 直 徑 在 1501600nm 范 圍 內(nèi) 的 顆 粒 進(jìn) 行 對(duì) 比 , 結(jié) 果 表 明 , 超 疏 水 效 果 主 要 是 由 粗 糙 的 表 面 形 態(tài) , 而 非 化 學(xué) 組 分 所 主 導(dǎo) 的 。該 實(shí) 驗(yàn) 進(jìn) 一 步 證 實(shí) 了 表 面 形 貌 對(duì) 超 疏 水 性 能 的 重 要 影 響 , 為 該 領(lǐng) 域 理 論 的 進(jìn) 一 步 發(fā) 展 提 供 了 依 據(jù) 。在 不 銹 鋼 表

13、 面 首 先 構(gòu) 造 出 微 納 米 二 層 結(jié) 構(gòu) , 然 后 使 用 低 表 面 能 材 料 進(jìn) 行 修 飾 , 最 終 得 到 具 有 超 疏 水 效 果 的 表 面 , 水 滴 在 該 表 面 的 接 觸 角 為 150, 滾 動(dòng) 角 為 4。此 方 法 成 功 應(yīng) 用 在 金 屬 材 質(zhì) 上 , 為 工 業(yè)設(shè) 備 及 金 屬 防 銹 研 究 開 闊 了 思 路 。用 原 子 轉(zhuǎn) 移 自 由 基 聚 合 ( ATRP 制 出 粗 糙 表 面 后 用 全 氟 鏈 及 烷 基 鏈 分 別 進(jìn) 行 修 飾 , 得 到 超 疏 水 的 纖 維 素 表 面 。對(duì) 比 實(shí) 驗(yàn) 表 明 , 在 超

14、疏 水 性 能 、自 清 潔 功 能 及 穩(wěn) 定 性 等 各 項(xiàng) 性 能 的 表 現(xiàn) 上 , 使 用 烷 基 鏈 進(jìn) 行 的 修 飾 取 得 了 類 似 于 用 全 氟 鏈 進(jìn) 行 修 飾 所 得 到 的 效 果 。 該 方 法 結(jié) 合 了 當(dāng) 今 流 行 的 AT RP法 , 拓 寬 了 制 備 超 疏 水 表 面 的 思 路 , 但 因 ATRP 所 需 反 應(yīng) 條 件 及 設(shè) 備 都 較 苛 刻 , 故 在 推 廣 上 有 一 定 難 度 , 如 攻 克 這 一 瓶 頸 , 則 此 方 法 發(fā) 展 空 間 極 大 。2. 3 模板結(jié)合燒結(jié)法采 用 模 板 法 首 次 以 普 通 濾 紙

15、作 為 模 板 , 將 聚 四 氟 乙 烯 與 模 板 進(jìn) 行 冷 軋 處 理 之 后 燒 除 濾 紙 模 板 , 所 得 到 的 聚 四 氟 乙 烯 表 面 呈 現(xiàn) 出 仿 荷 葉 形 貌 。 將 該 表 面 置 于 不 同 的 酸 環(huán) 境 中 , 表 現(xiàn) 出 穩(wěn) 定 的 超 疏 水 性 。 此 法 可 重 復(fù) 性 強(qiáng) 、 便 于 操 作 , 是 一 種 簡(jiǎn) 單 的 制 備 超 疏 水 表 面 的 方 法 , 規(guī) 模 化 生 產(chǎn) 前 景 較 好 。2. 4 噴涂法采 用 烷 基 羧 酸 金 屬 鹽 類 , 例 如 Cu CH3 ( CH2 10COO 2 等 制 成 溶 液 , 通 過 噴

16、涂 法 將 溶 液 直 接 噴 涂 到 基 板 表 面 , 常 溫 固 化 后 , 即 可 得 到 超 疏 水 表 面 。 優(yōu) 化 溶 液 的 濃 度 配 比 可 得 到 穩(wěn) 定 性 較 好 的 超 疏 水 層 。 該 方 法 對(duì) 環(huán) 境 友 好 , 形 成 的 超 疏 水 表 面 易 于 修 復(fù) , 適 用 性 廣 , 對(duì) 于 各 種 基 材 例 如 金 屬 、玻 璃 、紙 張 等 都 有 很 好 的 粘 著 力 , 發(fā) 展 前 景 廣 闊 。2. 5 電解沉積法在 銅 質(zhì) 基 材 上 通 入 電 流 , 當(dāng) 電 流 密 度 達(dá) 到 0. 08A/ cm2 時(shí) 得 到 仿 荷 葉 形 貌 的

17、 表 面 , 水 滴 在 該 表 面 上 的 接 觸 角 為 153. 5、滾 動(dòng) 角 為 7.9。 該 實(shí) 驗(yàn) 第 一 次 證 實(shí) 了 在 親 水 性 金 屬 基 材 上 可 以 存 在 超 疏 水 表 面 。2. 6 微相分離法利 用 聚 氯 乙 烯 在 四 氫 呋 喃 和 乙 醇 混 合 溶 液 中 的 微 相 分 離 現(xiàn) 象 , 得 到 了 超 疏 水 膜 , 水 滴 接 觸 角 為 154, 滾 動(dòng) 角 為 7。 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 置 了 參 照 實(shí) 驗(yàn) , 結(jié) 果 表 明 pH 值 在 1到 13的 寬 幅 范 圍 內(nèi) , 水 滴 接 觸 角 變 化 很 小 , 呈 現(xiàn) 出 較 好 的

18、耐 受 性 。將 該 表 面 暴 露 于 室 外 , 接 觸 角 變 化 很 小 。此 種 制 備 工 藝 相 比 其 它 方 法 有 較 大 的 精 簡(jiǎn) 、 可 重 復(fù) 性 強(qiáng) 且 得 到 的 薄 膜 超 疏 水 性 能 穩(wěn) 定 、 耐 受 性 好 , 是 一 種 不 錯(cuò) 的 制 備 方 法 。2. 7 原位聚合法采 用 一 種 新 方 法 , 利 用 蒙 脫 土 ( MMT 能 在 醇 中 發(fā) 生 層 間 膨 脹 以 及 MgCl2 能 與 醇 形 成 醇 合 物 的 性 質(zhì) , 將 Zieg lerNat ta 催 化 劑 組 分 T iCl4和 MgCl2負(fù) 載 到 MMT 的 層 間

19、 , 利 用 Ziegler N at ta 催 化 劑 特 有 的 形 態(tài) 復(fù) 制 效 應(yīng) #, 通 過 乙 烯 原 位 聚 合 制 備 出 了 具 有 微 納 米 結(jié) 構(gòu) 、 花 瓣 形 態(tài) 的 表 面 , 該 表 面 與 水 的 接 觸 角 為 152. 2。 該 種 方 法 構(gòu) 思 巧 妙 , 設(shè) 計(jì) 合 理 , 但 實(shí) 驗(yàn) 步 驟 稍 顯 復(fù) 雜 , 可 適 當(dāng) 推 廣 。2. 8 液相法不 使 用 任 何 模 板 、 表 面 活 性 劑 或 添 加 劑 , 直 接 通 過 液 相 制 備 方 法 , 使 銅 基 底 上 生 成 氧 化 銅 的 微 納 米 結(jié) 構(gòu) , 得 到 了 超

20、 疏 水 性 良 好 的 表 面 。 利 用 氫 氟 酸 調(diào) 控 溶 液 的 pH 值 , 在 95 % 下 制 備 出 了 具 有 花 球 #特 征 的 微 納 米 階 層 結(jié) 構(gòu) 薄 膜 。該 表 面 不 僅 具 有 超 疏 水 性 , 而 且 在 真 空 紫 外 光 照 和 暗 室 保 存 的 循 環(huán) 作 用 下 具 有 超 疏 水 與 超 親 水 可 逆 轉(zhuǎn) 變 的 特 征 。這 種 新 穎 的 結(jié) 構(gòu) 及 其 特 異 的 潤(rùn) 濕 特 性 , 有 助 于 該 薄 膜 在 微 流 體 器 件 上 的 應(yīng) 用 , 且 此 種 可 進(jìn) 行 雙 超 性 轉(zhuǎn) 換 的 表 面 在 今 后 眾 多

21、領(lǐng) 域 會(huì) 有很 大 的 發(fā) 展 空 間 。2. 9 化學(xué)蝕刻法使 用 鹽 酸 刻 蝕 , 陰 離 子 表 面 活 性 劑 作 為 輔 助 刻 蝕 劑 , 在 鋁 質(zhì) 的 表 面 形 成 微 納 米 粗 糙 結(jié) 構(gòu) , 此 表 面 經(jīng) 過 低 表 面 能 物 質(zhì) 的 修 飾 , 形 成 了 接 觸 角 大 于 160的 超 疏 水 表 面 , 使 用 此 種 方 法 得 到 的 表 面 在 不 同 pH 環(huán) 境 及 長(zhǎng) 期 暴 露 狀 態(tài) 下 仍 具 有 良 好 的 超 疏 水 性 , 表 現(xiàn) 出 良 好 的 穩(wěn) 定 性 。2. 10 靜電紡絲法與煅燒法相結(jié)合用 靜 電 紡 絲 技 術(shù) 先 制

22、 備 出 粗 糙 的 聚 乙 烯 基 吡 咯 烷 酮 / 鈦 凝 膠 復(fù) 合 納 米 纖 維 網(wǎng) 膜 , 然 后 用 修 飾 劑 進(jìn) 行 修 飾 , 這 樣 不 需 后 續(xù) 處 理 , 就 能 制 備 TiO2超 疏 水 材 料 , 所 得 到 的 表 面 與 水 的 接 觸 角 為 154, 滾 動(dòng) 角 2. 1。這 種 方 法 采 用 的 修 飾 劑 成 本 較 低 , 所 得 材 料 可 被 設(shè) 計(jì) 用 于 防 水 織 物 、 無 損 失 液 體 運(yùn) 輸 、 微 流 體 等 領(lǐng) 域 , 具 有 良 好 的 應(yīng) 用 前 景 。2. 11 陽極氧化法采 用 陽 極 氧 化 技 術(shù) 與 噴 砂

23、 方 法 相 結(jié) 合 , 通 過 氟 硅 烷 的 修 飾 , 制 備 出 鋁 基 超 疏 水 表 面 。該 表 面 可 以 穩(wěn) 定 捕 獲 空 氣 形 成 氣 墊 , 水 滴 接 觸 角 達(dá) 到 157, 經(jīng) 計(jì) 算 得 出 表 面 約 有 92. 3% 的 面 積 是 水 滴 和 空 氣 接 觸 。 該 種 方 法 新 穎 、 簡(jiǎn) 單 , 得 出 的 表 面 疏 水 效 果 比 較 理 想 。2. 12 水熱法利 用 水 熱 法 制 備 出 空 間 取 向 一 致 的 ZnO 納 米 棒 陣 列 , 經(jīng) 修 飾 劑 修 飾 后 , 得 到 超 疏 水 表 面 。 將 水 滴 滴 在 薄 膜

24、表 面 , 所 得 接 觸 角 為 ( 160 士 1 , 滾 動(dòng) 角 為 5。此 種 方 法 簡(jiǎn) 化 了 制 備 工 藝 且 具 有 較 高 的 可 重 復(fù) 性 。3. 1 微 物 質(zhì) 能 量 領(lǐng) 域超 疏 水 表 面 的 一 個(gè) 很 重 要 的 應(yīng) 用 即 為 其 超 疏 水 性 的 可 逆 性 。 超 疏 水 可 逆 性 原 理 可 應(yīng) 用 于 液 滴 或 納 米 粒 子 的 操 縱 和 微 米 級(jí) 毛 細(xì) 管 引 擎 。 通 過 光 照 或 電 壓 等 增 加 下 板 表 面 能 量 到 一 定 值 , 半 月 板 下 移 形 成 毛 細(xì) 管 橋 , 反 則 下 半 月 板 恢 復(fù) 到

25、 原 來 的 位 置 ( 見 圖 2.1 。 類 似 的 原 理 可 以 用 于 微 物 質(zhì) 的 操 控 , 例 如 , 一 個(gè) 小 液 滴 , 當(dāng) 承 載 基 板 為 低 表 能 時(shí) 被 抬 起 ; 反 則 液 滴 被 釋 放 。 這 樣 就 可 以 實(shí) 現(xiàn) 表 面 能 與 機(jī) 械 能 之 間 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 , 進(jìn) 而 促 成 多 種 能 量 之 間 的 變 換 。此 類 實(shí) 驗(yàn) 的 成 功 為 微 物 質(zhì) 領(lǐng) 域 的 能 量 應(yīng) 用 發(fā) 展 提 供 了 廣 闊 的 空 間 。 圖 2.1 此 為 一 可 將 表 面 能 轉(zhuǎn) 化 為 機(jī) 械 能 的 毛 細(xì) 管 引 擎 表 示 增 加

26、表面 能 , 形 成 毛 細(xì) 管 橋 , 半 月 板 下 移 ; 表 示 減 少 表 面 能 , 毛 細(xì) 管 橋 消 失 , 半 月 板 恢 復(fù) 原 位 ;K 代 表 彈 力 系 數(shù) , x 代 表 垂 直 方 向 的 位 移 , Fm 代 表 半 月 板 所 受 力 。3. 2 燃料領(lǐng)域在 傳 統(tǒng) 燃 料 輸 送 設(shè) 備 中 , 剩 余 燃 料 都 會(huì) 造 成 很 大 的 浪 費(fèi) , 與 此 相 關(guān) 的 應(yīng) 用 是 使 用 超 疏 油 表 面 進(jìn) 行 燃 料 經(jīng) 濟(jì) 性 操 作 , 即 在 設(shè) 備 內(nèi) 制 得 超 疏 油 表 面 , 雖 然 所 用 的 表 面 是 超 疏 油 性 的 , 但

27、 其 制 備 原 理 與 超 疏 水 表 面 制 備 方 法 極 其 類 似 , 在 油 料 輸 送 管 道 和 儲(chǔ) 油 罐 內(nèi) 制 備 出 以 低 表 面 能 物 質(zhì) 修 飾 的 粗 糙 表 面 , 同 樣 可 以 適 用 于 低 表 面 能 油 料 流 體 的 輸 送 。 這 一 成 果 具 有 很 高 的 工 業(yè) 應(yīng) 用 價(jià) 值 , 其 規(guī) 模 化 應(yīng) 用 潛 力 巨 大 。3. 3 光學(xué)領(lǐng)域?qū)?于 一 些 光 學(xué) 儀 器 來 說 , 自 清 潔 功 能 顯 得 尤 為 重 要 , 于 是 涌 現(xiàn) 出 相 當(dāng) 多 有 關(guān) 于 高 透 性 、無 反 射 性 或 高 反 射 性 超 疏 水

28、表 面 的 研 究 。為 了 得 到 表 面 的 透 光 性 , 構(gòu) 成 表 面 粗 糙 結(jié) 構(gòu) 的 顆 粒 就 必 須 小 于 可 見 光 波 長(zhǎng) 。實(shí) 際 中 制 備 高 反 射 性 能 的 超 疏 水 表 面 是 有 比 較 大 的 難 度 的 , 從 表 面 粗 糙 度 的 觀 點(diǎn) 來 看 , 隨 著 表 面 粗 糙 度 的 增 加 , 表 面 的 疏 水 效 果 增 加 , 但 同 時(shí) 表 面 的 反 射 性 能 會(huì) 減 弱 。 為 解 決 此 問 題 , 通 過 控 制 銀 鏡 反 應(yīng) 制 備 出 了 具 有 超 疏 水 性 能 的 高 反 射 銀 鏡 面 。 使 得 在 保 證

29、高 反 射 性 的 前 提 下 , 制 備 具 有 超 疏 水 性 能 基 面 這 一 難 題 得 以 實(shí) 現(xiàn) 。3. 4 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生 物 領(lǐng) 域 中 , 基 材 表 面 的 生 物 粘 附 是 一 個(gè) 復(fù) 雜 的 現(xiàn) 象 , 它 包 括 在 有 機(jī) 質(zhì) 和 界 面 之 間 多 種 不 同 的 相 互 作 用 。 Wang 等 將 制 備 的 親 水 / 超 疏 水 的 表 面 浸 入 蛋 白 質(zhì) 溶 液 中 時(shí) , 在 超 疏 水 部 分 形 成 空 氣 層 , 這 個(gè) 隔 離 墻 #就 阻 止 了 細(xì) 胞 與 表 面 的 接 觸 , 形 成 了 分 離 區(qū) 域 , 而 活 細(xì) 胞 在

30、親 水 性 表 面 自 由 生 長(zhǎng) 。在 臨 床 治 療 方 面 , 超 疏 水 表 面 表 現(xiàn) 出 抗 細(xì) 胞 粘 附 的 特 性 。 用 一 種 部 分 氟 化 的 且 具 有 生 物 兼 容 性 的 聚 氨 基 甲 酸 乙 酯 表 面 來 測(cè) 試 對(duì) 血 小 板 的 粘 附 性 , 實(shí) 驗(yàn) 表 明 , 相 比 于 普 通 聚 氨 基 甲 酸 乙 酯 表 面 對(duì) 血 小 板 強(qiáng) 烈 的 粘 附 作 用 , 具 有 超 疏 水 性 能 的 表 面 對(duì) 血 小 板 幾 乎 沒 有 任 何 粘 附 作 用 。3. 5 金屬防銹領(lǐng)域?qū)?銅 與 肉 豆 蔻 酸 ( 十 四 酸 的 乙 醇 溶 液 反

31、 應(yīng) , 在 銅 面 形 成 超 疏 水 涂 層 , 二 者 之 間 粘 著 力 較 好 , 且 經(jīng) 過 該 法 處 理 的 銅 , 可 以 在 海 水 環(huán) 境 中 保 持 一 個(gè) 月 。這 一 實(shí) 驗(yàn) 的 成 功 , 為 海 中 作 業(yè) 的 船 舶 、設(shè) 備 等 提 供 了 良 好 的 防 腐 思 路 。3. 6 電池中的應(yīng)用在 電 池 系 統(tǒng) 中 引 入 超 疏 水 材 料 可 以 使 電 池 效 率 和 耐 久 性 得 到 改 善 。開 發(fā) 了 一 種 基 于 納 米 超 疏 水 材 料 的 新 型 電 池 。電 池 兩 極 均 由 修 飾 了 超 疏 水 涂 層 的 硅 質(zhì) 材 料 構(gòu) 成 , 這 樣 可 以 有 效 的 將 電 解 液 和 活 性 電極 材 料 分 隔 開 , 防 止 副 反 應(yīng) 的 發(fā) 生 。在 燃 料 電 池 系 統(tǒng) 中 , 以 碳 納 米 管 作 為 陰 極 催 化 劑 , 上 面 裝 載 鉑 納 米 顆 粒 , 碳 納 米 管 的 超 疏 水 性 可 以 促 使 移 除 在 電 極 反 應(yīng) 中 產(chǎn) 生 的 水 , 從 而 提 升 系 統(tǒng) 中 的 傳 質(zhì) 過 程 , 進(jìn) 而 有 效 提 高 燃 料 電 池 效 率 。3. 7織物上的應(yīng)用擁 有 超 疏 水 性 的 織 物 不 僅 要 求 高 的 憎 水 性 , 也 同