超亲水、超疏水表面的研究进展

概述了近年来超亲水、超疏水表面的发展历史,验证了近几年来该方向的研究成果。从超亲水表面制备、超疏水表面制备以及超亲水-超疏水可逆转换表面3个方面做了较为详尽的总结。要使这些特殊表面能够获得广泛的工业应用,还需要解决一些重要的技术问题。     

超疏水表面润湿性能研究

润湿性能是固体表面的重要特征之一,具有特殊润湿性和可控润湿性材料因其巨大的应用潜力而成为人们关注的热点。介绍超疏水状态下Wenzel和Cassie-Baxter两种接触角模型及其相互关系,讨论了微纳米结构对疏水表面接触角的影响,总结了近年来超疏水表面制备技术的研究进展,并展望了超疏水表面润湿理论研究前景。     

受猪笼草启发的仿生超滑表面研究进展

自然界中猪笼草的特殊润湿结构可用以捕获昆虫为其提供营养物质，受此启发，科研人员通过向微纳粗糙结构中灌注低表面能液体以形成稳定的润滑油层进而制备出注液超滑表面，其相较于一般的超疏水表面来说具有更为耐久的疏液、自清洁、防附着等性能，因而成为当今的研究热点。基于此，本文首先介绍了仿生超滑表面的润湿理论及作用机制；而后详细综述了超滑表面构建技术策略，包括粗糙基底成形-润滑油灌注与粗糙基底成形-基底化学修饰-润滑油灌注这两种典型路径；还全面论述了刻蚀法、溶胶凝胶法、呼吸图法，水热法等一系列超滑表面的制备方法；基于仿生超滑表面的优异性能，对其在油水分离、水雾收集、防腐蚀、液滴操控、抑菌以及防微生物粘附等领域的应用进展进行了深入讨论；最后，对仿生超滑表面的发展前景进行了展望以期为今后的研究提供参考。     

耐久型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而，在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响，造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此，如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此，本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先，从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次，从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后，对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望，以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。     

仿生超疏水表面的制备与应用的研究进展

近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。伴随研究者们对超疏水性表面更加深入的研究,众多制备超疏水表面的方法不断出现,本文介绍了影响表面润湿性的因素,归纳超疏水涂层表面的6种常用的制备方法,其中包括等离子体法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、沉积法、模板法、层-层自组装法等方法,以及超疏水表面在流体减阻、防积雪防冰冻、防腐蚀、油水分离等方面的应用情况;并对超疏水将来的发展进行了展望。应进一步研究力学性能的稳定性、被损的自修复能力等。     

沉积温度对气凝胶表面制备氮化硼薄膜微观结构及其疏水性能的影响

为研究氮化硼纳米薄层在气凝胶疏水改性领域的应用前景,采用气相沉积法在二氧化硅气凝胶基底上制备了氮化硼纳米片薄层,研究了制备参数(制备温度、保温时间)对氮化硼纳米薄层的表面形貌及其疏水性能的影响.结果表明:生长涂层的最佳制备参数为生长温度1200℃,保温时间60 min.同时,生长涂层的表面形貌与参数关系不大,但是涂层的润湿性能与涂层的制备温度密切相关,在1100～1200℃之间实现了亲水到疏水的奇异转变,这归因于涂层表面化学组分的改变.本研究表明,氮化硼纳米涂层可实现二氧化硅气凝胶的疏水改性,表面化学组分起关键性作用.     

超疏水表面SiO_2纳米流体液滴蒸发动力学研究

实验观察二氧化硅(SiO_2)纳米流体液滴在超疏水表面上的蒸发过程,研究SiO_2纳米颗粒的加入对于液滴蒸发过程的影响;以硅片作为亲水表面基底,荷叶作为超疏水表面基底,通过亲水表面上的蒸发模式进行对照,发现超疏水表面上液滴的蒸发有明显的四个阶段,近似于接触半径不变的(CCR)模式。然后,实验进一步探究了亲水和超疏水两种表面上液滴蒸发时间的规律,验证了亲水表面上液滴体积的2/3次方随时间直线变化规律,发现超疏水表面液滴蒸发仍然遵循该变化规律,但由于蒸发过程润湿模式的转变具有不同的两段斜率。     

超疏水表面的影响因素与制备的研究进展

在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。伴随研究者们对超疏水性表面更加深入的研究,众多制备超疏水表面方法的不断出现,简单介绍影响表面润湿性的因素,归纳超疏水涂层表面的4种常用的制备方法,其中包括等立体法、激光刻蚀发、溶胶-凝胶法、气相沉积法等方法;并对超疏水将来的发展进行了展望。     

超疏水表面在金属抗腐蚀应用中的研究进展

梳理了超疏水表面的润湿原理,归纳了水热法、刻蚀法、电化学沉积法、阳极氧化法、模板法和喷涂法制备金属基超疏水表面的基本原理和发展趋势。综述了常见金属基体上超疏水表面在腐蚀防护中的应用和研究现状,并对金属基超疏水表面的未来发展方向进行了展望。     

超疏水SiO2@OTES自清洁涂层的制备及性能

以纳米二氧化硅颗粒、正辛基三乙氧基硅烷(OTES)和硅烷偶联剂KH560为前驱体,采用溶胶凝胶法制备了超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层。在酸性催化剂及有机溶剂中,OTES、KH560将纳米颗粒表面由亲水改性为疏水。探究了纳米SiO₂、OTES、KH560三种原材料含量对超疏水涂层润湿性能的影响。结果表明,当掺杂3.5 g纳米SiO₂,8%的OTES与2%的KH560时,涂层达到最佳疏水效果,其接触角为(154±1)°,滚动角为(3.3±0.5)°。采用SEM、FTIR红外光谱仪、X射线光电子能谱(XPS)对超疏水SiO₂@OTES材料的表面形貌与化学成分进行了表征。实验表明制备出的超疏水SiO₂@OTES自清洁涂层具有良好的自清洁防污、耐低温与耐磨性能,且将涂层回收重新制得的表面仍具有超疏水性。     

釉面砖基SiO2／TiO2超亲水涂层的制备及其性能研究

用溶胶 -凝胶方法在釉面砖上制备了SiO2 /TiO2 超亲水涂层 ,用XPS、光学显微镜和SEM研究了涂层的表面化学组成、水润湿角和表面形貌。结果表明 ,水润湿角与SiO2 /TiO2 的摩尔比和SiO2 在TiO2 表面的分布有密切关系 ,当SiO2 /TiO2 的比值在 0 0 8-0 1 3时 ,涂层的水润湿角在 5°左右。     

亲水型气相法白炭黑生产及表面改性技术的研究

自炭黑化学名称二氧化硅,分子式SiO2。自炭黑根据生产工艺不同可分为气相法和沉淀法,气相法有亲水型和疏水型两种,疏水型气相法自炭黑是亲水型经过表面改性处理而制得。本文主要研究亲水型气相法自炭黑的生产及表面改性技术。     

由无机特殊表面结构构造的超疏水材料

超疏水材料因在自清洁、防腐蚀、防冰附以及减阻等功能上具有广泛的应用,吸引了越来越多的关注。近年来,无机材料因易于构造具有特殊形貌的高比表面结构,在超疏水领域中显示出独特的优势。本文在简要介绍超疏水现象的定义、发展与应用的基础上,综述了超疏水理论的三个经典模型,并对国内外部分已商业化的超疏水材料进行了分析和总结。重点概括了不同种类无机材料构建的超疏水表面的研究进展。最后,本文总结了目前超疏水材料在制备过程中存在的一些问题,针对性地提出该领域未来研究的两个主要趋势：从仿生角度改进材料设计,制备集强附着力与耐久性于一体的多功能复合涂层;降低制备成本以推动产品的规模化和实用化。     

室温下ZnO超疏水表面的制备及油水分离性能

利用简便的液相法,在室温下于不锈钢网上沉积ZnO纳米片和纳米花粗糙结构,接着通过浸渍法修饰低表面能物质硬脂酸,制备了超疏水不锈钢网。对沉积后的不锈钢网表面形貌、晶体结构、润湿性能、耐磨性能、油水分离性能等进行表征与测定。结果表明,该不锈钢网表面由纳米片和纳米花组成的微纳米结构ZnO构成,具有超疏水性,水接触角161 °;油水分离效率达98%,循环使用20次后分离效率仍保持在95.5%以上;具有良好的机械耐磨性,在高盐环境中表现出化学稳定性。     

智能表面可润湿性材料的研究进展

润湿现象广泛存在于自然界和工程应用中,智能表面可润湿性材料日益成为研究的热点,近年来引起了人们的广泛关注。综述了润湿性的理论模型、疏水/亲油行为理论和亲水/水下超疏油理论,同时对近些年来国内外可润湿性的不同响应系统（电、pH、光、热、离子等响应刺激系统）进行了综述,改变响应材料的表面和化学性质,导致材料可润湿性的改变。展望了未来可润湿性的研究方向,对润湿表面理论和应用方面存在的一些挑战进行了总结和建议。     

水下超疏油自清洁TiO_2/CuO纳米结构双层改性铜网膜的制备

膜分离法是一种可高效环保处理含油污水的方法,超亲水及水下超疏油表面在膜分离法处理含油污水中具有抗污染自清洁的作用。本文利用阳极氧化法和层层自组装法制备了TiO_2/CuO纳米结构双层改性铜网膜,对其表面形貌、表面润湿性和光学性能进行了考察,制备的改性铜网具有超亲水-水下超疏油及紫外光照响应的性能。     

特殊润湿性表面的油水分离研究进展

以油水分离的材料表面润湿性为主线,介绍了特殊润湿性表面的制备机理,分析了超疏水超亲油、超亲水超亲油、超亲水超疏油、可转换润湿性的智能表面的优缺点,提出了特殊润湿性材料在油水分离方面的改进方向。未来特殊润湿性材料表面必定向环保、低廉、多功能的方向发展。     

室温下ZnO超疏水表面的制备及其油水分离性能

利用简便的液相法,在室温下于不锈钢网上沉积ZnO纳米片和纳米花粗糙结构,接着通过浸渍硬脂酸制备了超疏水不锈钢网。对沉积后的不锈钢网表面形貌、晶体结构、润湿性能、耐磨性能、油水分离性能等进行表征与测定。结果表明,该不锈钢网表面由纳米片和纳米花组成的微纳米结构ZnO构成,具有超疏水性,水接触角为161°;油水分离效率达98.3%;具有良好的机械耐磨性;循环使用20次后分离效率仍保持在95.5%以上;在高盐环境中表现出化学稳定性。     

超疏水材料表面的制备

文章对仿生超疏水表面结构、超疏水表面材料的制备方法做了详实的综述。分别从植物、动物超疏水组织、仿生超疏水结构制备以及超疏水表面材料的制备的电仿技术、金属纳米结构法、模板法做了一一介绍。     

Ag-TiO2多孔薄膜及其非紫外光辐照下的超亲水特性

采用溶胶凝胶法，以钛酸丁酯为前驱体、硝酸银络合物为银源、聚乙二醇2000（PEG2000）作为结构导向剂，制备超亲水多孔Ag-TiO₂复合薄膜。用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电镜、原子力显微镜表征薄膜晶相结构、化学成分以及表面形貌。根据静态水接触角、动态润湿时间、超亲水长效稳定性综合评价不同Ag含量及PEG2000添加量薄膜的超亲水性能。研究发现，掺杂Ag与PEG2000对薄膜在非紫外光下的超亲水特性具有协同作用，掺杂Ag明显提高薄膜动态润湿速度及可见光响应，表面粗糙多孔结构有利于避光条件下的长效超亲水特性。Ag含量10%、PEG2000掺杂量5%的Ag-TiO₂复合薄膜在自然光条件下已具备优良的超亲水性能；水滴0.2 s内即可在表面完全铺展到0°；避光条件下保存，超亲水时效性可达到30 d以上。在可见光活化下即可强化超亲水性能，具有良好的防雾效果。