水泥基超疏水材料自清洁技术研究进展

超疏水材料是一种新型智能仿生材料，具有优良的自清洁、抗凝冰、防腐等性能，已广泛应用于航天、建筑、电力等领域。但在公路交通领域尚处于探索研究阶段。水泥基超疏水材料自清洁技术源于自然界的“荷叶效应”，超疏水表面的微纳结构和低表面能降低了污染物与涂层的粘附力，赋予超疏水表面优异的自清洁性，为水泥基材料的主动防污技术提供了新思路。目前，水泥基超疏材料自清洁理论与技术尚不成熟，主要通过表面微纳米复合结构和低表面能化学物质协同制备水泥基超疏水材料，从而实现水泥基材料自清洁功能。水泥基超疏水材料的制备技术主要包括表面疏水改性和本体疏水改性两种。硅烷/硅氧烷类和硬脂酸等疏水材料因其环保、成本相对低廉，使用频率较高。水泥基表面超疏水涂层处理类型主要包括涂覆法、模板法、层层自组装法等。表面超疏水改性对水泥基材料力学强度的影响较小，而整体超疏水改性因内掺疏水材料，延缓水泥水化反应，降低了水泥基材料的力学强度。水泥基表面超疏水涂层因其施工简便、性价比高、能耗低，应用更为广泛。水泥基超疏水材料自清洁性能评价方法尚未统一，其中以模拟污染物收集法应用较为广泛。由于水泥基材料工程结构复杂，影响因素众多，从实际工程应用...     

超疏水表面材料

首先介绍了荷叶效应和超疏水表面,重点介绍了超疏水表面的生成机理和目前已在纺织、材料、建筑等领域投入使用的性能优异的超疏水表面材料,并提出了最新的展望。     

功能化超疏水表面的构筑及其在金属防护中的应用

超疏水材料由于其独特的润湿性能，被广泛应用于日常生活和工业生产中。目前，单一功能化超疏水材料已经难以满足条件更为严苛的应用环境。近年来，超疏水表面在透明性、自修复、浸润性转换和耐久性等方面被广泛关注，并开展了一系列研究。这种材料的功能性应用于金属防护，能够极大地减少腐蚀介质与基底表面的接触，从而达到高效的防腐蚀效果，并满足表面的其他功能性需求。综述了功能性超疏水表面的构筑，及其在金属防护中的应用研究进展，并展望了超疏水材料在金属防护领域的研究热点和方向。     

提升超疏水材料力学耐久性的研究进展

超疏水材料因其独特的润湿性被广泛应用于防污防腐、水下减阻及油水分离等众多领域。然而，大多数超疏水材料在受到外界机械磨损后，容易造成其表面的微观结构塌陷或者低表面能物质消耗，而影响或丧失超疏水性能。通过对表面润湿模型的分析，阐明了两条增强超疏水材料力学耐久性的主体思路，并介绍了超疏水材料力学耐久性的典型测试方法及其特点；其次，基于国内外研究现状和发展趋势的分析与梳理，归纳了4种提升超疏水材料力学耐久性的策略，分别为设计微纳米多级粗糙结构、引入高分子粘结层、构建自相似结构及自修复功能化；最后，总结了提升超疏水材料力学耐久性所面临的挑战，并展望了其未来的发展前景。     

PVDF/SiO2/PDMS涂层超疏水纺织品性能

目的 针对普通纺织品材料防水性和防污性较差的问题,制备具有自清洁功能的超疏水涂层纺织品,并研究其性能.方法 以涤纶织物为基材,通过非溶剂诱导相分离法,使用聚偏氟乙烯和疏水纳米二氧化硅复合液在纺织品表面构筑微纳粗糙结构,采用聚二甲基硅氧烷对其进行疏水化处理,获得自清洁超疏水涂层纺织品.采用扫描电子显微镜、X射线能量散射光谱和视频光学接触角测量仪等对其结构和性能进行表征,并通过机械摩擦、洗涤、酸/碱/盐溶液浸渍和紫外光照等方法对其表面超疏水稳定性进行考察.结果 当聚偏氟乙烯质量分数为2％,疏水纳米二氧化硅质量分数为0.4％,聚二甲基硅氧烷质量分数为1％时,制备的纺织品的表面接触角可达(162.2°±0.8°),滚动角达(2.0°±0.4°),具有优异的超疏水自清洁效应;经72 h酸/碱/盐溶液浸渍、196 h紫外光照、2500次摩擦和120次家庭水洗后,其表面接触角仍大于150°,表现出优异的超疏水稳定性.结论 采用简便的非溶剂相分离法制备的涂层纺织品具有优异的自清洁性能,并且其超疏水性能具有机械耐久性和化学稳定性,有望应用于纺织材料包装领域.     

自修复型超疏水材料研究进展

超疏水材料是指水在其表面的接触角大于150°、滚动角小于10°的材料。超疏水材料之所以表现出超强的疏水性能,一方面是由于低表面自由能物质的存在,使得水滴难以在材料表面铺展;另一方面是由于丰富的微-纳多级结构使空气在固液两相之间形成"气垫层",进一步减小固液接触面。上述两个要素共同作用,可赋予超疏水材料自清洁、表面防污、防腐蚀、防覆冰、减阻等功能。此外,还可以制备具有抗黏附、油水分离、集水功能的超疏水材料,这些吸引了人们的广泛关注。然而,超疏水材料在实际应用中不可避免地受到诸如化学腐蚀、刮擦磨损等外界环境的影响,容易造成低表面能组分的缺失或微-纳多级结构的破坏,导致超疏水性能丧失。针对这一问题,科学家们提出构筑具备长效耐久性的超疏水材料,主要有两种方法:(1)设计具有高耐磨性的超疏水材料,尽可能减小摩擦磨损对表面组分或结构的破坏;(2)构筑具备自修复性能的超疏水材料,及时修复摩擦磨损对表面组分或结构造成的破坏,从而恢复材料的超疏水性能。由于方法一需要引入高耐磨物质,在材料的选择方面有一定的局限性,而方法二的普适性更强,因此成为了现阶段研究的热点。目前,自修复型超疏水材料的构筑主要有两种途径。一种途径是构建自动补足低表面能组分的超疏水体系。对于单纯疏水组分的缺失,只需及时补充表面的低表面能组分,利用其自发向材料表面迁移重排的特性,即可实现超疏水性的修复,如在材料本体中接枝含氟链段,以材料的孔隙或微胶囊作为低表面能物质的贮存位点等。另一种途径是构筑能重建多级微-纳结构的超疏水体系。如果材料受到严重破坏,化学组分与表面粗糙结构同时受损,则可通过材料的结构设计同时实现缺失组分的补充和形貌结构的重建,例如,在材料中引入疏水化粒子、构建一体化涂层、设计表层剥离型材料、利用形状记忆高分子的"记忆效应"等方法。本文归纳了自修复型超疏水材料近年来的研究成果,对各类自修复型超疏水体系的设计思路、超疏水效果以及修复机理等进行了介绍,阐述了该领域当前的挑战和未来的发展前景,以期为制备应用广泛的长效型超疏水材料提供参考。     

硅藻土/TiO2基超疏水涂层的制备及应用研究

以硅藻土和TiO₂为微纳米结构的构筑物，以聚二甲基硅氧烷为低表面能改性剂，采用喷涂法在多种基底表面制备超疏水涂层材料。该涂层具有优异的超疏水性能，水静态接触角高达161°,表面自清洁性能优异，且耐热温度可高达350℃。该超疏水涂层材料在纺织品自清洁、医用防水及工业防腐等领域具有一定的应用前景。     

非金属超疏水纳米涂层技术的研究进展

设备表面防水、防冰、防雾的需求在工业生产中随处可见,在其表面喷覆超疏水涂层是针对此类需求的有效解决方法。超疏水涂层的疏水性由材料表面的表面能和微纳粗糙结构两个因素决定,构筑超疏水涂层主要包括降低材料的表面能和改变微观结构两个方面。本文综述了国内外主要的非金属纳米材料,如石墨烯、二氧化硅、二氧化钛等制备超疏水涂层的方法,评价了不同纳米材料的适用范围。这类材料自身尺度是纳米级,易于构筑微纳粗糙结构和通过化学改性引入非极性共价官能团,降低材料的表面能。通过氧化还原、表面改性等方法引入疏水基团,通过自组装法、凝胶法、模板法、刻蚀法等进行结构组装,可制备接触角大于150°、滚动角小于5°的超疏水表面。分析了能够与纳米材料通过共价或非共价结合组成复合超疏水涂层的聚合物,增强涂层在力学、热学等方面的性能,扩展其应用范围。总结了近些年来在非金属超疏水纳米涂层领域的最新技术和进展,介绍了不同种类的纳米材料构筑超疏水表面的方法及其应用,为超疏水涂层的规模化生产提供可行的思路。     

镁合金超疏水表面制备的研究进展

利用超疏水表面可望减少材料与液体介质的直接接触来提高材料的耐蚀性能,在制备自清洁表面等方面得到了广泛研究。超疏水表面一般通过构造一定表面粗糙度和用低表面自由能物质修饰表面而成。在简要概括固体表面润湿性理论的基础上,针对镁合金的特点,综述了当前镁合金上超疏水表面制备的最新进展,并讨论了提高其性能的可能途径和未来的发展方向。     

兰州化物所多功能耐久性超疏水材料研究取得系列进展

正超疏水材料在自清洁、防腐蚀、防结冰、防生物粘附和水下减阻等领域有广泛应用前景。但该材料存在功能单一、无法快速大规模制备、表面结构易被破坏而导致材料失效、耐久性差等缺陷,从而严重限制了其应用。中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研究发展中心张招柱研究员团队开发出了一种简单、高效制备耐久性超疏水材料的新工艺,克服了超疏水材料表面结构易损     

超疏水涂层的制备及其在金属防腐领域的应用研究进展

由于超疏水材料表面的特殊结构和高疏水性，当其应用在金属表面时，能有效阻止金属基材与腐蚀介质的接触，从而大幅度地提高金属材料的耐腐蚀性能及使用寿命。首先对固体表面浸润理论以及超疏水材料的基础理论进行阐述；然后，介绍了在金属材料表面制备超疏水涂层的常用工艺技术；最后，总结并讨论了超疏水表面涂层在钢、铝和镁等金属材料上的近期发展与应用状况。     

超疏水表面材料的制备与应用

仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,因此表现出自清洁、防污染等一系列优异性能.在荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下,仿生超疏水表面材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构,更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面,从而获得既有疏水自清洁性,同时强度、耐热、耐酸碱等性能又十分优异的新材料.该类材料在国防、工业、农业、医学和日常生活中均有广阔的应用前景.从超疏水材料纳米界面的结构出发,分析材料的疏水原理及其制备方法,介绍了近几年来该材料的研究进展以及在管道无损运输、房屋建筑和防水等应用领域的探索,展望了其未来的应用方向和前景.     

铝基表面超疏水材料的制备工艺、效果及耐蚀性

超疏水表面在自清洁材料、腐蚀防护及微流体运输等领域有着广阔的应用前景,目前对金属超疏水表面的研究较少,且制备方法较复杂,不能大面积制备。分别采用喷砂、阳极氧化、喷砂-阳极氧化等方法在铝基体表面构造粗糙结构并对其进行修饰,制备了超疏水表面,通过SEM、接触角及滚动角测定、腐蚀速率测定等分析了超疏水表面的微观形貌、疏水性能和耐海水腐蚀性能。结果表明:喷砂-阳极氧化法制备的铝金属表面具有微米-纳米二级结构,经氟化处理后,与水的接触角达158°,滚动角为1.5°,疏水性能良好;超疏水表面材料的腐蚀速率比铝材低1个数量级。     

非晶合金表面超疏水性研究进展

源于荷叶自清洁效应的超疏水表面已成为材料、仿生等领域的研究热点之一。相对有机高分子材料而言,金属材料超疏水性表面具有更高的耐久性。但晶态金属的"晶粒效应"制约了表面微/纳尺度几何结构的制备。非晶合金在过冷液相区优异的微/纳尺度成形能力,以及较晶态金属更低的表面自由能,使其成为制备超疏水性金属表面的理想材料之一。综述了不同体系非晶合金的表面能;非晶合金表面微/纳尺度几何结构的构造;表面几何结构对疏水性的影响规律及机理;并对非晶合金表面超疏水性进行了展望。     

超疏水纳米氧化锌材料的研究进展

具有自清洁功能的超疏水表面在日常生活与工业生产中有着广泛的应用前景,而物质表面化学组成和微观几何结构是影响固体表面润湿性的两个重要因素。ZnO作为一种重要的半导体材料,在导电、导热、抗氧化及生物安全性方面有着广泛的应用。近几年,纳米ZnO由于其特殊的微观结构用于超疏水表面的制备,拓展了其在自清洁方面的应用。本文介绍了通过表面微观结构调控、低表面能物质改性制备超疏水纳米氧化锌的研究进展和应用现状。总结了目前制备超疏水纳米氧化锌材料存在的问题。     

基于激光微纳制造技术在工程材料基底构筑超疏水表面的技术及应用进展

21世纪以来,随着激光技术的发展,可用激光法制备超疏水表面的材料越来越多。为满足在自清洁、抗污、油水分离等方面不同需求,用激光法制备超疏水表面时需要选择不同材料作为基底。金属材料硬度大,稳定性和耐用性好,以此为基底制造出的超疏水表面在自清洁,抗结冰,抗污等方面表现优异,此外也可用于制备其它超疏水表面的模板。无机非金属材料品种繁多,性能各异,所制备的超疏水表面应用各不相同,有些生物相容性优良,有些可用于油水分离或制造超级电容器。聚合物材料弹性好,密度小,耐摩擦,以此为基底制造出的超疏水材料可用于耐磨设备和微流体装置制造。介绍了激光制备超疏水表面的基本原理,重点论述了激光制备超疏水表面的常用基底:金属基底,无机非金属基底和聚合物基底。金属基底包括铝合金、不锈钢、铜,无机非金属基底包括石英晶体和石墨烯,聚合物基底包括聚二甲基硅氧化烷(PDMS)和聚四氟乙烯(PTFE)等。在归纳当前不同基底制造出的超疏水表面的性能及应用基础上,对未来激光制备超疏水材料的发展作了展望。     

超疏水表面的制备与应用研究进展

近年来，受天然动植物的启发，越来越多的研究者设计和制备出了大量仿生超疏水表面。超疏水是指水滴接触角>150°,滚动角<10°的湿润状态。超疏水表面应用广泛，如耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能，在很多领域有着较大的价值，国内外诸多学者开展了超疏水表面的制备及应用研究。高效的制备方法及持续的超疏水性能已成为该领域的研究热点和重要发展方向。在简要回顾超疏水理论模型之后，按照超疏水表面的制备方法以及应用等方面进行归纳分类并详细介绍其研究和应用现状，最后对其未来的发展趋势进行展望。     

自修复型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其优异的使用性能在实际生活中具有广阔的应用前景,但在受到物理或化学等作用的损伤下,超疏水表面极易被破坏而丧失超疏水性能,导致其使用寿命缩短,因此制备具有自修复性能的超疏水表面是当今研究的热点之一.以构筑超疏水表面的两个必要条件为切入点,从低表面能物质的自修复、表面粗糙结构的自修复、低表面能物质和表面粗糙结构...     

金属基超疏水表面的制备及性能研究进展

本文综述了金属基超疏水材料的研究进展,重点讨论了金属基超疏水表面的主要制备方法,比较了不同制备方法的优缺点。同时,探讨了金属基超疏水表面的各种功能特性,并分析了金属基超疏水表面目前在制备和应用中存在的主要问题。指出金属基超疏水表面未来的重点发展方向是简化制备工艺、降低成本、提高超疏水表面的耐久性和稳定性以及制备具有自修复性能的金属超疏水表面。     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅱ)

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景。目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平。然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用。对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构,同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用。针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性。