超疏水概述:
在大自然中有许多值得人类探索和学习的现象,人类把这类现象加以研究并运用到改善生产和生活中,统称为仿生学。本文江介绍和讨论动植物的外表所具有的自清洁功能的现象,具有这类现象的最经典的例子就是出淤泥而不染的荷叶表面。自然界中许多动植物都具有这类功能,侏儒鸟类的羽毛、水黾的腿部以及蝴蝶的翅膀等。在宏观上这些组织或者器官均表现出水的极难浸润与挂壁。其原因在于它们的表面具有超疏水性的组成与结构,因此这类材料被称为超疏水性材料。
超疏水表面在日常生活用品、公共建筑、乃至国防航空等方面有着广泛的应用。另一方面,作为一种典型的界面现象,表面浸润性在界面化学、物理学、材料学、界面结构设计以及其它交叉学科的基础研究中也有极为重要的研究价值。由于其重要性,各行业、各领域的专家以及科研人员都开始加入到这方面的研究和探索中,目的是将仿生学所学到的成果应用到改善我们的生产和生活中去,为大众服务。
超疏水性材料的发现很早,而系统化理论的建立则是要归功于20世纪三四十年代Wenzel和Cassie的研究工作。他们发现了表面粗糙度微结构与浸润性之间所具有的关系。大多固体的表面往往不是光滑和平整的,从微观上看凹凸不平有起伏。在较好的超疏水情况下,液体滴在固体表面上,并不能完全填满粗糙固体表面上的凹面,在液滴与固体凹面之间将会存在有空气。表面上看,固体和液体的接触界面实际上是由气—液界面和固—液界面所共同组成的混合界面。Wenzel和Cassie两人所总结的公式已经成为目前研究不同粗糙度或者表面微结构的模型基础,表面材料所表现出的超疏水性是由材料的表面能以及其微观上的几何形状及排布所共同决定的。
近些年来,以生物组织和结构为仿生对象制备超疏水性表面材料已成为材料研究领域的热点之一。本文将从超疏水表面的基本原理、仿生疏水表面的研究和进展,以及其应用和前景等方面对超疏水材料进行介绍。
超疏水基本原理
超疏水性能是用来描述物体表面与液体(水)接触状态的特征,这种状态通过接触角和滚动角两者共同来衡量。超疏水性能指固液接触角大于150°和滚动角小于10°的一中接触状态。
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