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。     

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.     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅰ)

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.     

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。     

仿生超疏水表面研究进展

对植物叶表面的研究结果表明:微米与纳米相结合的结构可以产生较大的接触角和较小的滚动角.表面化学组成与粗糙结构相结合成为仿生超疏水表面的重要特点.本文在总结近年来仿生超疏水表面的最新研究成果的基础上,着重分析和讨论了仿生超疏水表面的物理机制、制备方法、超亲水与超疏水的转换,并探讨了这一领域的发展方向.     

沥青路面超疏水抗凝冰材料研究进展

超疏水材料作为一种具有特殊表面性质的新型智能仿生材料,因其优良的疏水防冰性能,已广泛应用于航天、电力等领域,但在公路交通领域尚处于探索研究阶段.沥青路面超疏水抗凝冰材料属于主动抑冰融雪技术,能够延缓道路结冰,降低冰层与路面间的黏附力,为冬季沥青路面的疏水防冰提供新思路.目前,沥青路面超疏水材料抗凝冰理论及技术尚不成熟,主要通过加入低表面能材料和提高表面粗糙度两种方式构建超疏水表面,从而缩短液滴与界面接触时间、降低凝固点、延迟结冰时间以及降低冰层与基质表面的粘结力,从而达到疏水防冰的目的.路用超疏水材料主要包括疏水型融雪抑冰材料和抗覆冰超疏水涂层材料两种.沥青路面超疏水涂层承受复杂外界因素的综合作用,其耐磨性、长期疏水防冰性能受到广大研究学者的关注.本文介绍了"冰-路"界面粘结机理;按加载方式将"冰-路"粘结强度测试方法分为直接拉拔法、离心力法、冲击法、间接拉伸法、剪切应力法等.超疏水材料的长效性问题主要表现为机械稳定性和耐磨性应用效果不佳.沥青路面表面结构复杂,影响因素众多,从实际工程应用来看,沥青路面超疏水抗凝冰材料的制备技术、评价方法和工程应用长效性仍需进一步研究.本文归纳了沥青路面超疏水抗凝冰材料的研究进展,分别对超疏水材料抗凝冰理论、沥青路面超疏水材料制备方法、沥青路面超疏水涂层处治技术、超疏水涂层抗凝冰性能测试方法和超疏水材料长效性等方面进行了介绍,分析了沥青路面超疏水抗凝冰材料面临的问题并展望了其前景,以期为制备耐久、环境友好的新型沥青路面超疏水抗凝冰材料提供参考.     

纸基超疏水材料制备及应用的研究进展

目的 使相关研究者快速了解纸基超疏水材料的制备方法和应用,并为开发新型纸基超疏水材料提供思路和参考。方法 对超疏水的理论模型进行概述,按照制备方法分类总结纸基超疏水材料的研究进展,对各类制备方法的优缺点进行评述。结果 制备纸基超疏水材料的方法主要有表面涂布法、静电纺丝技术、浸渍涂布法、表面化学改性法、层层组装法、相分离法、非溶剂蒸汽法、超临界溶液快速膨胀技术等,其中表面涂布法和浸渍涂布法具有成本低廉、操作简单、易于实现大规模生产等优点,应用最为广泛。结论 纸基超疏水材料的绿色制备及多功能纸基超疏水材料的开发是该领域未来发展的主要方向。     

超疏水仿生水泥混凝土路面防覆冰技术及效能评价

通过微纳米路表构建与超疏水材料涂覆技术相结合,制备了超疏水仿生水泥混凝土路面模型试件;开展超疏水材料涂覆技术研究,分析总结其制备工艺;采用自行设计的"冰-路"附着强度测试装置进行防覆冰性能测试,同时开展接触角测量试验、路面表面能计算及耐久性试验,综合评价超疏水仿生水泥混凝土路面的疏水、防冰效能。结果表明:超疏水水泥混凝土试件表面冰的残留率为29.9%,是普通试件的1/3左右,间接反映了超疏水路面具有较好的疏冰性能;与普通试件的接触角0°相比,超疏水水泥混凝土试件的接触角为153.5°,达到超疏水状态;表面能计算表明超疏水材料的作用降低了路面表面能,仅为普通水泥路面的3.4%,进一步验证了超疏水水泥混凝土路面可显著降低"冰-路"附着强度;通过模拟轮胎与路面的摩擦作用,接触角依然在90°以上,表明超疏水路面耐久性良好。     

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。     

仿生超疏水性表面及其制备研究进展

近年来,由于仿生超疏水性表面在自清洁、防腐蚀、微流体系统和生物相容性等方面所显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,有关超疏水性表面的研究引起了极大的关注。综述了超疏水性表面研究的最新进展,较为系统地对超疏水性表面的制备方法进行了评述。     

仿生超疏水表面的发展及其应用研究进展

受自然界荷叶 “出淤泥而不染”的启发, 超疏水现象引起了研究者广泛的关注, 并成功制备了人工超疏水表面。本文对典型的仿生超疏水材料进行梳理, 并针对近期研究成果进行了综述, 对超疏水涂层的诸多制备方法作了优缺点总结和评述, 概述了超疏水涂层在自清洁、防覆冰、耐腐蚀和油水分离领域的应用研究现状, 尤其对超疏水防覆冰的机理及实现方式作了总结分析, 剖析了现阶段超疏水研究过程中面临的挑战, 展望了未来的发展趋势, 希望为超疏水涂层在工程领域的应用研究提供参考。     

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。     

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。     

超疏液表面研究取得新进展

正从中国科学院深圳先进技术研究院获悉,该院生物医学与健康工程研究所副研究员吴天准领导的课题组在超疏液表面设计、加工和应用的多年研究基础上,提出了一种新颖简便的低成本、高性能制备方法"软复制工艺",突破了超疏液表面制备的重要瓶颈。相关研究日前发表在《材料化学杂志A辑》。随着借鉴荷叶等自清洁现象的仿生超疏水表面研究的深入发展,超疏液表面作为超疏水表面的升级和扩展,不仅超疏水而且超疏油,对几乎任何液体都具有很高接触角和很低的流动阻力。为开发适用于任何液体的     

静电纺丝制备CMCAB超疏水纤维材料

以环境友好的纤维素衍生物羧甲基纤维素醋酸丁酸酯(CMCAB)为原料,采用静电纺丝技术构筑仿生粗糙疏水表面,成功制备了CMCAB超疏水纤维材料(接触角155°)。采用SEM研究了不同溶剂体系下纤维的直径和表面形貌,质量比为8∶2的二氯甲烷和乙醇混合溶剂制备的纤维表面粗糙。通过原子力显微镜测试,材料表面凹凸起伏,具有类似荷叶的微结构。测定材料的接触角,发现纤维的直径和粗糙度是影响疏水性的关键。在此基础上,为提高材料的疏水性,研究了溶液浓度和电压对纤维平均直径的影响规律,优化了制备CMCAB超疏水材料的纺丝工艺。     

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。     

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。     

复制模塑技术制备仿生超疏水表面的研究进展

超疏水表面在生产生活中具有重要的应用价值,其制备的关键在于构建合适的表面微结构.复制模塑技术在制备超疏水表面研究中具有操作简单、成本低廉的优势.在介绍了超疏水研究中描述浸润现象的Young's、Wenzel和Cassie-Baxter方程的理论要点的基础上,按第二次转移时所使用材料为预聚物、聚合物溶液或热塑性聚合物的不同,将复制模塑技术划分成直接复制模塑、溶液复制模塑和热模塑3种操作方法,并从这3方面综述了复制模塑技术在仿生超疏水表面制备中的研究进展.最后探讨了复制模塑技术研究中存在的一些问题及解决方案.     

仿生超疏水材料及其在文物保护中的应用综述

新型文物材料的研发是文物保护科学研究的重要内容之一。一种合格的文物保护材料不仅能够维持文物理化性能的完整性,而且能够保留其原真性,最大程度地保留文物的艺术价值和美学特征。目前,借鉴和"移植"材料学领域成熟的研究方法及材料是文物保护材料研发的常用手段。仿生超疏水材料是人们受到自然界许多生物表面的特殊浸润现象的启发而研发出来的一类材料的统称,作为近年来材料学研究的热点之一,它们也逐渐开始受到文物保护工作者的关注。究其根本,液态水是多种文物劣变的直接或间接原因。因此,以此类材料为文物表面进行疏水封护处理尤为适合。由于具有优异的疏水性,仿生超疏水材料能够有效地阻止液态水的附着、渗透和水蒸气的凝结,进而避免了文物表面甚至内部一系列由水引起的病变。更重要的是,当水接触角大于150°且接触角滞后值小于10°时,超疏水材料便具备了自清洁功能,即无需人为干预,表面流动的液态水(例如自然降雨)就能够在该材料处理过的文物表面自发地带走附着的污物。这种特殊的性能对文物,尤其是露天文物的保护具有重要意义。本文在分析仿生超疏水材料基本原理的基础上,总结了这类材料在文物保护领域最常用的几种制备方法,然后概括性地阐述了现阶段该类材料在石质文物、金属文物、木质文物和纺织品等多种文物疏水处理、自清洁保护中的具体实例和应用前景及独特优势;同时针对性地指出了目前仿生超疏水材料在文物保护应用中未能广泛应用的主要问题,即材料种类的不足和材料性能长期性监测的缺乏。最后,对此类材料今后的研究发展方向进行了展望。