超疏水现象及应用.ppt

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超疏水现象及应用
2014/3/28
汇报日期
2014/3/28
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超疏水的概念
表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述。
超疏水表面是指与水的接触角大于 150 °，而滚动角小于 10°的表面。
接触角通常是用接触角测定仪来获得。
静态接触角： 越大越好
滚动角： 越小越好
疏水性的表征量
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不同表面水滴接触界面状态
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自然界的启示
自然界不会活性聚合，也不会乳液聚合，却可以有着比任何人工合成材料更好的疏水性能——所谓“超疏水”的生命现象。
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蝉翼表面的超疏水结构
蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成．纳米柱的直径大约在80 nm，纳米柱的间距大约在180 nm．规则排列纳米突起所构建的粗糙度使其表面稳定吸附了一层空气膜，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。
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壁虎脚趾的微观结构
壁虎的层次结构的脚趾头。脚趾是由成千上万的丝绸和每一个丝绸包含的几百个细微的铲子结构。
(a,b)扫描电子显微图和(c)特征的铲子。
2014/3/28
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超疏水的荷叶表面
超疏水的荷叶和表面结构（a)球形的水滴滴在荷叶表面（b)荷叶表面大面积的微结构（c)荷叶表面单个乳突
（d）荷叶表面的纳米结构
出淤泥而不染，
濯清涟而不妖。
--《爱莲说》
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通过实验测试，°±º和2º。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。
从上面模型可看出：由于荷叶双微观结构的存在，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，使得水珠只与荷叶表面乳突上面的蜡质晶体毛茸相接触，显著减小了水珠与固体表面的接触面积，扩大了水珠与空气的界面，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。
荷叶表面双微观结构模型
固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定：
化学组成结构是内因：
低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果。研究表明，光滑固体表面接触角最大为1200左右。
表面几何结构有重要影响：
具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表面的疏（亲）水性能
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超疏水表面的形成原因
#2022
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超疏水表面的制备
一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。
一种是将疏水材料构筑粗糙表面。