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1、超疏水材料的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用張三(廣州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)，廣東廣州，510182)摘要:超疏水表面材料具有防水、防污、可減少流體的粘滯等優(yōu)良特性，是目前功能材料研究的熱點(diǎn)之一。由于超疏水表面在自清潔表面、微流體系統(tǒng)和生物相容性等方面的潛在應(yīng)用,有關(guān)超疏水表面的研究引起了極大的關(guān)注，本文簡(jiǎn)述了超疏水表面的制備方法，歸納了超疏水表面的應(yīng)用,對(duì)超疏水表面研究的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：超疏水表面材料,微流體系統(tǒng),表面制備方法,表面應(yīng)用SuperhydrophobicmaterialsResearcha
2、ndApplicationSanZhang(DepartmentofBiomedicalEngineering,GuangzhouMedicalUniversity,Guangdong,Guangzhou510182)Abstract:Superhydrophobicsurfacematerialwithawaterproof,anti-fouling,canreducetheviscosityofthefluidandotherexcellentfeatures,iscurrentlyoneo
3、fthehotfunctionalmaterials.Assuper-hydrophobicsurfaceintheself-cleaningsurfaces,microfluidicsystems,biocompatibilityandotherpotentialapplications,researchonsuper-hydrophobicsurfacecausedagreatdealofattention,thispaperoutlinesthesuper-hydrophobicsurfa
4、cepreparationmethods,summarizedthesuper-hydrophobicsurfaceapplicationofresearchforthedevelopmentofsuper-hydrophobicsurfaceswerediscussed.Keywords:Superhydrophobicsurfacematerial,Microfluidicsystems,Surfacepreparationmethods,Surfaceapplication9近年來(lái)，植物葉
5、表面的超疏水現(xiàn)象引起了人們的關(guān)注。所謂植物超疏水能力，就是植物葉面具有顯著的疏水，脫附，防粘，自清潔功能等。隨著科學(xué)的發(fā)展,各種疏水表面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。一般認(rèn)為水滴接觸角大于150°的表面稱為超疏水表面。自然界里有很多動(dòng)植物表面都具有高疏水性和自潔功能,例如荷葉和水稻葉表面,其表面水的接觸角都高達(dá)160°以上,滾動(dòng)角小于3°。超疏水表面的制備通常包括粗糙表面的制備和使用低表面能物質(zhì)對(duì)粗糙表面進(jìn)行修飾這兩個(gè)步驟。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷革新,一些添加劑、助劑的使用,使得制備工藝進(jìn)一步
6、完善,進(jìn)而得到了一些簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)且產(chǎn)出成品性能良好的制備方法。近年來(lái),超疏水表面憑借其特有的自清潔性及良好的生物相容性,受到了更加廣泛的關(guān)注。由于超疏水材料獨(dú)特的表面特性，使其可廣泛應(yīng)用于防水、防污、自清潔、流體減阻、抑菌等領(lǐng)域，因此超疏水材料在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活中具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。近年來(lái),超疏水性表面的研究已成為比較活躍的研究課題之一,這對(duì)制備新的高性能的功能材料表面有重要的作用。1超疏水材料的表面特征潤(rùn)濕性是指液體與固體表面接觸時(shí),液體可以漸漸滲入或附著在固體表面上,是固體表面的重要
7、特征之一,這種特征由固體表面的化學(xué)組成及微觀結(jié)構(gòu)共同決定。接觸角和滾動(dòng)角是評(píng)價(jià)固體表面潤(rùn)濕性的重要參數(shù),理論上疏水表面既要有較大的接觸角,又要有較小的滾動(dòng)角。超疏水性表面一般是指與水的接觸角大于150°,而滾動(dòng)角小于10°的表面,這樣的表面具有防雪、防污染、抗氧化及防止電流傳導(dǎo)等特性[4-5]。植物葉子表面有許多叢生的放射狀微茸毛,該微茸毛尖端極易親水,入水后能瞬間鎖定水分子,使葉片表層到茸毛尖端之間形成了一薄層空氣膜,從而避免葉片與水直接接觸.Barthlott研究發(fā)現(xiàn)，這種微茸毛由乳突及蠟狀
8、物構(gòu)成,其為微米結(jié)構(gòu)。中科院研究員江雷[6]研究發(fā)現(xiàn),乳突為納米結(jié)構(gòu),這種納米與微米相結(jié)合的雙微觀結(jié)構(gòu)正是引起表面防污自潔的根本原因。研究表明,具有較大接觸角和較小滾動(dòng)角的超疏水性表面結(jié)構(gòu)為微米級(jí)及納米級(jí)結(jié)構(gòu)的雙微觀復(fù)合結(jié)構(gòu),且這種結(jié)構(gòu)直接影響水滴的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。超疏水表面的結(jié)構(gòu)通常采用兩種方法,一是在疏水材料表面上構(gòu)建微觀結(jié)構(gòu),二是在粗糙表面上修飾低表面能物質(zhì)。由于降低表面自由能在技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn),因此超疏水表面制備技術(shù)的關(guān)鍵在于構(gòu)建合適的表面微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前,已報(bào)道的超疏水表面制備技術(shù)主要有溶膠一凝
