一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征

一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征本文介紹了一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征方法。該方法采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體，并利用化學(xué)處理和材料表面修飾技術(shù)，使其表面具有微小的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了超疏水效果。同時(shí)，本文也對(duì)該表面運(yùn)用了多種分析手段進(jìn)行表征。

1.研究背景

超疏水表面是一種具有眾多應(yīng)用前景的先進(jìn)表面結(jié)構(gòu)，在多個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域中，超疏水表面可以作為防曬材料、防腐蝕材料和耐磨材料等的重要組成部分；在醫(yī)療和生物領(lǐng)域，超疏水表面可以作為生物傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)基貼附材料等的理想選擇。雖然目前已有多種制備超疏水表面的方法，但其中一部分具有制備成本高、性能不穩(wěn)定等缺陷，且多數(shù)方法并未充分考慮仿生的思路，因此需要更高效、簡(jiǎn)便的制備方法。

2.制備方法

本研究制備超疏水表面采用了仿生-再造的思路，即構(gòu)建仿生表面結(jié)構(gòu)并通過(guò)化學(xué)處理和表面修飾實(shí)現(xiàn)超疏水效果。具體步驟如下：

(1)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體。本實(shí)驗(yàn)采用了水熱法合成的SiO2和電化學(xué)沉積法生成的NiSi棕黑色涂層作為基體。然后利用浸泡、沉積等方法，將NiSi棕黑色涂層附著在SiO2基體上，形成葉狀硅基體。

(2)化學(xué)處理。將葉狀硅基體浸泡在70％的氫氧化鈉(NaOH)溶液中，處理時(shí)間為1h。這會(huì)引起NiSi棕黑色涂層與SiO2基體之間的化學(xué)反應(yīng)，消除了NiSi的活性表面，表面粗糙度增加。完成處理后，使用去離子水和無(wú)塵紙將樣品沖洗干凈。

(3)表面修飾。使用氧氣等離子體放電處理和沉積法在葉狀硅基體表面修飾過(guò)渡金屬硅氮化物(MeSiNx，Me為Zr、Ti)負(fù)載納米顆粒。這些納米顆粒能夠進(jìn)一步增加葉狀硅基體表面的粗糙度和孔洞結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超疏水效果。

3.表征結(jié)果

本研究采用多種表征手段來(lái)分析制備的超疏水表面的性質(zhì)，包括掃描電子顯微鏡(SEM)、接觸角儀和持水實(shí)驗(yàn)等方法。

(1)SEM圖像表明，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理和表面修飾后，葉狀硅基體表面形成了大小不同的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)。這種表面結(jié)構(gòu)在兩種基體上都可以觀察到，并且與大小和分布有關(guān)的元件尺寸相關(guān)。

(2)接觸角測(cè)量表明，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理和表面修飾后，葉狀硅基體表面的接觸角提高到了164.2度，表現(xiàn)出良好的超疏水性能。這說(shuō)明制備方法能夠有效提高基體的表面疏水性，使水以大的接觸角形式滑落。

(3)持水實(shí)驗(yàn)表明，葉狀硅基體的超疏水性能也能夠在實(shí)際工作環(huán)境中得以維持。在持續(xù)浸泡的測(cè)試中，基體表面的液滴存留時(shí)間與基質(zhì)類型和處理過(guò)程相關(guān)，保持高的接觸角和極短的膜壽命。

4.總結(jié)

本文提出了一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征方法。該方法采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體，并結(jié)合化學(xué)處理和材料表面修飾技術(shù)，在基體表面形成了微小的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超疏水效果。通過(guò)SEM、接觸角測(cè)量和持水實(shí)驗(yàn)等多種表征方法來(lái)分析制備的超疏水表面，結(jié)果表明該方法具有制備成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種工業(yè)和生物領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，該制備方法具有廣泛的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值，值得進(jìn)一步深入探討和研究。5.應(yīng)用前景

由于其良好的超疏水性能和廣泛的應(yīng)用前景，仿生-再造超疏水表面在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。其中，以下是一些具體的應(yīng)用領(lǐng)域。

(1)非粘性涂層。超疏水表面具有優(yōu)異的非粘性性能，可以被應(yīng)用在各種涂層中，如防腐層、抗污染涂層等。此類涂層可用于石油、化學(xué)、航空等工業(yè)領(lǐng)域中。超疏水表面涂層還可以被應(yīng)用在機(jī)械加工的表面，防止?jié)櫥偷卧诩庸け砻嫔?，提高加工效率?/p>

(2)自清潔表面。超疏水表面可以使液滴減少粘附，同時(shí)在表面自然滑落，起到自清潔作用。這種自清潔表面的應(yīng)用可以用于醫(yī)療領(lǐng)域，如人工骨、人工器官等的表面。

(3)納米傳感器。具備超疏水表面的納米傳感器可以應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)生物和環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的。例如，超疏水表面的電極可以被用作微生物檢測(cè)器，或是用于監(jiān)測(cè)應(yīng)用于河流或富含水分的環(huán)境中的水分子。

(4)電子器件。超疏水表面的電介質(zhì)薄膜可以作為電子器件的涂層使用。超疏水表面可用于實(shí)現(xiàn)能源密度高、薄、通量高的超級(jí)電容器。

(5)光電子學(xué)。超疏水表面容易產(chǎn)生泡沫狀水滴，在光線的照射下表現(xiàn)出高反光度。這對(duì)于光電子器件的發(fā)展具有重要的意義。

6.發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，超疏水表面的制備技術(shù)也在不斷完善中。未來(lái)，需要進(jìn)一步探究和研究超疏水表面的制備方式、表征方法以及其在不同領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

在超疏水表面制備中，可以通過(guò)改變材料的結(jié)構(gòu)和表面處理方法來(lái)提高其制備效率。例如，通過(guò)仿生表面結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向生長(zhǎng)的方法，可以制備具有更高超疏水性能的復(fù)合葉狀硅基體。理解氧氣等離子體放電等技術(shù)在表面修飾中的作用和調(diào)控，有望實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定、高效的表面修飾方法。

在超疏水表面的應(yīng)用方面，需要進(jìn)一步研究和探究具有不