超疏水性材料表面的制备_应用和相关理论研究的新进展.pdf

第11期高分子通报!105!超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展范治平1魏增江1田冬1肖成龙1孙晓玲1陈承来2刘伟良1*(1.山东轻工业学院材料科学与工程学院玻璃与功能陶瓷加工与测试技术山东省重点实验室济南250353;2.山东省聊城水文局聊城252055)摘要:文章总结了Wenzel方程、Cassie方程及一种具有极高精确度的可方便测出固体表面上液滴前进角和后退角的测试方法等超疏水表面的最新理论研究成果;回顾了溶胶凝胶法、化学修饰法、喷涂法、液相法、化学蚀刻法、水热法、微相分离法、原位聚合法、静电纺丝法、阳极氧化法等近几年出现的超疏水表面的制备方法;介绍了在微物质能量、生物医学、光学、燃料以及电池应用等领域超疏水表面的最新功能性的应用。最后客观地展望了超疏水表面制备及理论研究的发展方向。关键词:超疏水;超疏水表面;仿荷叶;微纳米结构;接触角一般认为水滴接触角大于150的表面称为超疏水表面。超疏水表面的制备通常包括粗糙表面的制备和使用低表面能物质对粗糙表面进行修饰这两个步骤。随着实验技术的不断革新一些添加剂、助剂的使用使得制备工艺进一步完善进而得到了一些简单、可操作性强且产出成品性能良好的制备方法。近年来超疏水表面凭借其特有的自清洁性及良好的生物相容性受到了更加广泛的关注。本文介绍了超疏水表面的理论研究进展探讨了多种新型制备方法及其功能性的应用。1超疏水理论进展浸润性是固体表面重要的特性接触角是衡量固体表面浸润性的主要指标。最早描述液滴在固体表面接触角的是杨氏方程[1]说明了接触角与固体表面能的关系。sg=sl+glcos(1)公式(1)sg、sl、gl分别为固气、固液、气液间的界面张力。Wenzel[23]对杨氏方程进行了修正指出由于实际情况下材料表面粗糙不平使得实际接触面积要比理想表面积大为此提出了Wenzel方程:cos=r(sg-sl)/gl(2)公式(2)中:r=实际接触面积/表观接触面积。与杨氏方程相比cos=rcos称为表观接触角为杨氏接触角。显然r>1根据Wenzel方程可知对于疏水表面来说粗糙的表面会更疏水。Cassie等[4]认为水滴在粗糙表面接触存在两种界面:水滴与固体界面以及由于毛细现象水滴无法进入微孔而形成空气垫从而形成的水滴与空气垫界面并认为水滴与空气垫的接触角为180因此提出粗糙表面的水滴的接触角为:cos=f1cos-f2(3)式中f1、f2分别为粗糙表面接触面中液固界面的面积分数与气固界面的面积分数。Cassie等[4]还研究了固体光滑表面不均一组分对疏水性的影响认为非均一组分表面的疏水性是各组分疏水性的加和表观接触角与各组分本征