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...     

铝基超疏水表面的制备及其在包装方面的应用进展

在铝基体上构建具有特殊浸润性的超疏水表面,可以赋予其耐腐蚀、防覆冰、润滑减阻等功能,使其具有更大的应用价值和市场前景。制备铝基超疏水表面的方法主要有刻蚀法、阳极氧化法、沉积法、水热法等。化学刻蚀法、阳极氧化法和水热法等操作简单,应用范围广,但在制备过程中用到的强酸强碱等对环境和人体有害;激光刻蚀法等可以控制超疏水表面微观结构的形貌,但使用设备昂贵,难以大范围使用。为拓展超疏水表面的应用领域,开发简便方法制备多级微纳米粗糙结构、使用黏合层加固微观结构、构建自修复超疏水表面是未来的主要研究方向。     

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.     

超疏水纸的制备工艺及性能分析

以滤纸为基材,采用相分离法和浸泽提拉法制备超疏水纸。用单因素实验考察丙酮添加量、PP的浓度、浸渍时间、干燥温度对制得超疏水纸疏水性能的影响,用正交试验优化工艺,并分析其表面微观形貌、疏水性和稳定性。结果表明,PP的浓度对其超疏水纸疏水性影响最大,浸泽时间的影响最小,得到超疏水纸的最佳工艺条件为:PP的浓度40mg/mL、丙酮添加量6mL、干燥温度60℃、浸渍时间1min,此条件下制备得到的超疏水纸表面接触角为163.2°,滚动角为2°。经SEM发现表面分布着微纳米铰链结构,其平均粒径约为3μm。通过pH值溶液浸泡试验、水滴冲击试验和摩擦试验发现超疏水纸受pH值溶液的影响较小,且具有一定的稳定性。     

超疏水电磁屏蔽材料的制备及研究进展

超疏水电磁屏蔽材料以其自清洁、抗污、防粘附、防腐、防电磁辐射等特性具有广泛的应用前景。介绍了超疏水电磁屏蔽材料的制备原理，阐述了基于纳米金属、碳基导电复合材料、导电聚合物的超疏水电磁屏蔽功能材料的制备方法及其应用，分析了超疏水电磁屏蔽材料开发所存在的问题，并对具有优异电磁屏蔽性能的超疏水多功能材料的开发进行了展望。     

高稳定性超疏水水泥基材料涂层制备及性能研究

通过改性铜网复刻和SiO₂相结合共同作用构建水泥基材料微纳米粗糙表面,并采用十八胺接枝腐殖酸作为低表面能物质修饰该表面制备出高稳定性超疏水水泥基材料涂层。研究了涂层中掺入不同浓度SiO₂及改性铜网复刻对其疏水性能的影响,并测定出SiO₂掺入最佳浓度。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等对水泥基材料表面形貌结构及键合情况进行了表征,同时对超疏水水泥基材料的吸水性和涂层稳定性进行综合评估。结果表明,当SiO₂浓度为2.5%时,采用浸渍法处理改性铜网复刻过的水泥基材料表面接触角达到峰值158.6°,滚动角低至5.5°;吸水量下降73.5%。此后,经过反复30次胶带剥离表面测试以及刀刮测试涂层仍保持超疏水状态(接触角为150.2°,滚动角为8.2°),证实了该方法处理的涂层表面具有超疏水性以及良好的稳定性。     

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。     

蛋壳膜模板浸渍负载法制备疏水材料

目的 研究以复杂网状孔隙结构蛋壳膜为模板的疏水材料制备过程及性能,以期综合利用废弃蛋壳开发特定结构材料.方法 通过浸渍法使蛋壳膜表面稳定负载二甲基硅油和纳米聚四氟乙烯颗粒,经干燥后得到疏水材料.利用静态接触角表征了材料的疏水性能,并对材料成功负载进行红外及能谱表征.对材料的表观结构,进行扫描电镜及原子力显微镜测试.结果 SEM和AFM测试表明,材料具备纳米级粗糙表面,符合Cassie-Baxter疏水机制,在聚四氟乙烯纳米粉与二甲基硅油的质量比为2∶10时,浸渍24 h,接触角可达147°.结论 利用蛋壳膜结构可制备疏水材料,浸渍法简单可行,浸渍液中成分的配比、浸渍时间决定了材料的疏水性能.     

厚朴提取物抗菌包装纸对奶酪货架寿命的影响

目的以厚朴提取物为抑菌成分研制抗菌包装纸,并研究其对奶酪保鲜效果的影响。方法采用超声辅助提取法提取厚朴中的抑菌成分,利用高效液相色谱仪对其进行定性分析,并通过福林酚比色法测试总酚含量。采用涂布和浸渍这2种方法分别制备涂布抗菌纸和浸渍抗菌纸,并对其物理性能进行测试,将2种抗菌包装纸应用于奶酪保鲜,测试其感官品质、菌落总数和过氧化值。结果厚朴提取物中含有厚朴酚、和厚朴酚,总酚含量为47.4 mg/g。涂布抗菌纸的平滑度、定量、抗张强度、撕裂度均优于原纸,仅吸水性出现降低现象。与原纸相比,浸渍抗菌纸和涂布抗菌纸对于保持奶酪的感官品质以及抑制其菌落总数和过氧化值的上升具有明显作用(P<0.05),其中质量分数为10%的厚朴提取物涂布抗菌纸对奶酪保鲜效果最优,与原纸相比可延长其货架寿命约14 d。结论厚朴提取物涂布抗菌纸对奶酪具有较好的保鲜效果,可以明显延长其货架寿命。     

纸基微流控芯片的印刷制造工艺及其在食品安全检测中的应用

目的 探究纸基微流控芯片的发展现状,为纸基微流控芯片进一步研发和推广应用提供借鉴和参考。方法 通过调研文献,根据检测原理及印刷制备工艺对纸基微流控芯片进行阐述,然后对微流控芯片在食品安全检测中的应用研究进展进行总结。结果 纸基微流控芯片适用于比色法、荧光法、电化学法及表面增强拉曼光谱等多种检测方法,印刷制备工艺也呈现多样化发展趋势。纸基微流控芯片检测技术成功应用于食品添加剂、污染物、成分分析及智能食品包装等安全检测领域。结论 纸基微流控芯片应用潜力巨大,仍需进一步优化技术工艺以克服制约其发展的潜在瓶颈问题。     

仿生超疏水涂层材料研究新进展

介绍了有关固体表面润湿性模型和构建超疏水表面涂层常用的低表面能物质,结合粗糙表面的构建方法,阐述了有关超疏水表面涂层材料的最新研究进展,指出超疏水涂层材料研究中存在的问题,并对超疏水涂层材料在油品输送、生物传感器,微流控件和智能分离膜等领域的应用前景进行了展望.利用低表面能物质对粗糙结构表面进行修饰,将涂层表面粗糙化与低表面能物质修饰两种技术进行有机结合是构建超疏水表面涂层的有效途径.     

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。     

耐久可拉伸超疏水材料的构建及应用研究进展EI北大核心

可拉伸超疏水材料能大幅度提升疏水材料的力学性能,在未来科技产品中应用潜力极大。可拉伸超疏水材料制备方法分为弹性材料的使用、可拉伸结构的设计、弹性材料与可拉伸结构的结合。本文分析了各类制备方法的原理及优缺点,总结了提高可拉伸超疏水材料耐久性的有效措施,阐述了可拉伸超疏水材料在柔性传感器、新兴电子设备、医疗防护、液相混合物纯化、微液滴控制领域的应用原理及特点。现有可拉伸超疏水材料尚面临耐久性能不足、制备成本高、工艺复杂等问题,研究应聚焦于材料体系的进一步开发、拉伸原理的完善以及新技术新工艺的引入。未来的发展方向是轻薄、柔性、绿色环保、智能化和精细化。     

Water-Repellent Approaches for 3-D Printed Internal Passages

In this work, two different manufacturing approaches are presented that create water-repellency (hydrophobicity and super-hydrophobicity) for acrylonitrile butadiene styrene (ABS) structures. In particular, this is the first study to render three-dimensional (3-D) printed ABS surfaces with internal flow paths to be superhydrophobic. The first approach uses standard wet-based chemical processing for surface preparation after which a fluorocarbon layer is deposited by dip coating or with vapor deposition. This first approach creates hydrophobic surfaces with roll-off angles of less than 30°. In the second approach, the ABS structures are dip-coated with a commercial rubber coating solution and subsequently surface-modified by reactive ion etching (RIE) with fluorinated gases to render the samples superhydrophobic, with roll-off angles as low as 6°. In order to further enhance their water-repellency, the dip-coating rubber solution is mixed with polytetrafluoroethylene (PTFE) colloidal dispersions to form a nanocomposite layer prior to the RIE process. The PTFE particles induce surface roughness as well as hydrophobicity. The modified surfaces created by the two approaches are further characterized by scanning electron microscopy and water drainage performance. Water drainage (prevention of water retention) is especially important for high thermal efficiency of 3-D printed heat exchangers. However, water-repellency for ABS is also interesting for a broader range of applications that use this material.     

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。     

Scalable Fabrication of Superhydrophobic Coating with Rough Coral Reef-Like Structures for Efficient Self-Cleaning and Oil-Water Separation: An Experimental and Molecular Dynamics Simulation Study

Superhydrophobic coating has a great application prospect in self-cleaning and oil-water separation but remains challenging for large-scale preparation of robust and weather-resistant superhydrophobic coatings via facile approaches. Herein, this work reports a scalable fabrication of weather-resistant superhydrophobic coating with multiscale rough coral reef-like structures by spraying the suspension containing superhydrophobic silica nanoparticles and industrial coating varnish on various substrates. The coral reef-like structures effectively improves the surface roughness and abrasion resistance. Rapid aging experiments (3000 h) and the outdoor building project application (3000 m²) show that the sprayed superhydrophobic coating exhibits excellent self-cleaning properties, weather resistance, and environmental adaptability. Moreover, the combined silica-coating varnish-polyurethane (CSCP) superhydrophobic sponge exhibits exceptional oil-water separation capabilities, selectively absorbing the oils from water up to 39 times of its own weight. Furthermore, the molecular dynamics (MD) simulation reveals that the combined effect of higher surface roughness, smaller diffusion coefficient of water molecules, and weaker electrostatic interactions between water and the surface jointly determines the superhydrophobicity of the prepared coating. This work deepens the understanding of the anti-wetting mechanism of superhydrophobic surfaces from the perspective of energetic and kinetic properties, thereby paving the way for the rational design of superhydrophobic materials and their large-scale applications.     

环保超疏水防潮瓦楞纸箱的制备及性能研究

目的 针对瓦楞纸箱易受潮而使其失去原有性能的问题,对其进行超疏水防潮改性,并研究改性方法对其性能的影响。方法 通过真空吸附涂布的方式,采用具有低表面能的硬脂酸与可构建表面粗糙度的纳米二氧化硅粒子结合,再引入聚二甲基硅氧烷增强涂层与纸板之间粘合力的方法制备超疏水防潮纸箱,对其进行润湿性和力学性能的表征。结果 改性后的纸板水接触角可达到150°以上,水分吸附率大幅降低,在此基础之上其边压强度未受到不良影响,且耐磨性能优良。结论 文中所述超疏水涂层的制备工艺简单,材料绿色环保,所得纸箱防潮性能、力学性能良好。     

喷涂法一步制备绿色超疏水白卡纸

目的 为改变纸张表面与水之间的相互作用,提高纸包装材料的抗水性,扩大纸包装的应用范围.方法 采用 γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对纳米二氧化硅进行疏水改性,然后将改性后的纳米二氧化硅喷涂在白卡纸表面.采用扫描电镜和X射线能谱对喷涂处理后白卡纸的表面形貌和元素组成进行分析,并对其性能进行考察.结果 喷涂后的白卡纸表面具有微纳粗糙结构,表面接触角为156.3°,滚动角为3.5°,具备了超疏水性能.制备的超疏水白卡纸具有优良的自清洁、防污、耐酸碱、耐高低温和牢固度等性能.结论 制备的超疏水白卡纸可用于多种包装场景,大大扩展了白卡纸的应用范围,并且制备过程操作简单,易于实现工业化.     

超疏水表面制备方法的比较

超疏水性是一种特殊的润湿性,它是指水滴与表面的静态接触角大于150°或者滑动角小于10°,其最初来源于"荷叶效应".本文对近几年关于超疏水理论和自然界中超疏水现象研究进行介绍,并对超疏水表面的制备方法及其应用进行综述.分别总结了基于模板法、涂覆法、刻蚀法的超疏水表面制备方案的优缺点及其改进措施,重点阐述超疏水表面在金属...     

Highly Stretchable Superhydrophobic Composite Coating Based on Self‐Adaptive Deformation of Hierarchical Structures

With the rapid development of stretchable electronics, functional textiles, and flexible sensors, water‐proof protection materials are required to be built on various highly flexible substrates. However, maintaining the antiwetting of superhydrophobic surface under stretching is still a big challenge since the hierarchical structures at hybridized micro‐nanoscales are easily damaged following large deformation of the substrates. This study reports a highly stretchable and mechanically stable superhydrophobic surface prepared by a facile spray coating of carbon black/polybutadiene elastomeric composite on a rubber substrate followed by thermal curing. The resulting composite coating can maintain its superhydrophobic property (water contact angle ≈170° and sliding angle <4°) at an extremely large stretching strain of up to 1000% and can withstand 1000 stretching–releasing cycles without losing its superhydrophobic property. Furthermore, the experimental observation and modeling analysis reveal that the stable superhydrophobic properties of the composite coating are attributed to the unique self‐adaptive deformation ability of 3D hierarchical roughness of the composite coating, which delays the Cassie–Wenzel transition of surface wetting. In addition, it is first observed that the damaged coating can automatically recover its superhydrophobicity via a simple stretching treatment without incorporating additional hydrophobic materials.