超疏水性纳米界面材料的制备及其研究进展.pdf

·58·材料导报2008年11月第22卷第11期

超疏水性纳米界面材料的制备及其研究进展3

刘霞1,高原1,2,呼爱妮1,郭云2,谢朝阳2

(1烟台大学环境与材料学院,烟台264005;2中国空间技术研究院兰州物理所
真空低温技术与物理国家级重点实验室,兰州730000)

摘要超疏水表面在自清洁、防腐蚀和生物相容性等方面所展示的独特性能以及在国防、工农业生产和日常
生活中的潜在应用前景,引起了研究者的极大关注。在简要总结超疏水界面理论的基础上,综述了超疏水界面材料
在制备及性能方面取得的一些新进展,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。
关键词超疏水接触角表面形貌
中图分类号:O647

PreparationandResearchProgressofSuper2hydrophobicNanoscale
InterfacialMaterials
LIUXia1,GAOYuan1,2,HUAini1,GUOYun2,XIEZhaoyang2

(1CollegeofEnvironmentandMaterialEngineering,YantaiUniversity,Yantai264005;2NationalLab.ofVacuum&
CryogenicsTechnologyandPhysics,LanzhouInstituteofPhysics,ChinaAcadenyofSpaceTechnology,Lanzhou730000)

AbstractInthelastdecade,surfaceswithultrahydrophobicityhavearousedmuchresearchinterestsowingto
theiruniquecapabilitiesinself2cleaningcoatings,antisepsis,biocompatiblematerialsandotheraspects,aswellastheir
potentialapplicationprospectsinnationaldefence,productionofindustryandagricultureanddailylife.Inthispaper,
onthebasisofthefundamentaltheories,theprogressesinthepreparationandpropertiesofsuper2hydrophobicinterfa2
cialmaterialsarealsosummarized.Problemsexistinginthisresearchfieldandpossibledevelopingdirectionofsuper2
hydrophobicinterfacialmaterialsarealsodiscussed.
Keywordssuper2hydrophobicity,contactangle,surfaceappearance

性能。其粗糙度对固体表面润湿性的作用可用Wenzel方程表
0引言
示[5]:

表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的r(γSA-γSL)
cosθr==rcosθ(1)
滚动角描述。超疏水表面是指与水的接触角大于150°,而滚动γLA
角小于10°的表面[1]。该特殊表面在日常生活和工业生产等领式中:r为表面粗糙因子;θr为粗糙表面的接触角;θ为光滑表面
域都有着极其广阔的应用前景,如玻璃表面的防雾、交通指示的接触角;γSA、γSL、γLA分别为固/气、固/液、液/气间的界面张

灯的自清洁、船体表面的润滑和纺织品的防污性能等。滚动角力。式(1)表明:(1)θ<90°时,θr随着表面粗糙度的增加而降

的大小代表了一个薄膜表面的滞后程度。从理论上讲,真正意低,表面变得更亲水;(2)θ>90°时,θr随着表面粗糙度的增加而
义的超疏水表面既要有较大的静态接触角,又要有较小的滚动增大,表面变得更疏水。即随着表面粗糙度的增加,亲水性表面
角[2]。更亲水,疏水性表面更疏水。
润湿性由表面化学组成和微观几何结构共同决定,所以寻式(1)的前提条件有2个基本假设:(1)基底的表面粗糙度
求和制备低表面自由能的材料是制备超疏水表面的前提条件。与液滴的大小相比可以忽略不计;(2)基底表面的几何形状不影

常用的方法是在表面涂覆含有2CF3等氟碳链或硅烷链的物质响其表面积的大小。所以,对于一些高粗糙度表面或多孔表面,
来降低表面能[3]。但是,在光滑材料表面只采用化学方法来调该方程就失去了其物理意义。因此,很多学者引入固/液界面和
节表面自由能,通常仅能使接触角增加到120°[4],而不能再高。液/气界面所占的分数及表面积放大因子(L/l)D-2等