超疏水表面制备方法的比较.pdf

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复合材料学报 首次提出了接触角������腿笫P缘母拍睿�⒏�隽搜钍戏匠蘄�凇８�方程中，�指的是二三相�桃浩�交点处的液气间界面的切线与固液交界线之间在液体一方所呈的角度。���。的表面为超疏水表面。�与表面张力的杨氏方程为��其中：��、�直鹞9獭⒁骸⑵���慌翯、��蛓�分别为固气、固液和液气间界面张力；臼为接触角，如图��尽�然而，杨氏方程存在着局限性，只能用于描述液滴与理想表面的润湿情况，而对于微纳量级的液滴，杨氏方程需要修正【�俊�对微小液滴而言，其表面张力的作用不可被忽略。由����狟���公式给出修正方程⋯：其中：‰�狽���—�����剿�拚��接触角；日表示液滴的接触半径；厂表示液滴的线性张力。马尔默估算线性张力的值小于��×�����为锐角取正，钝角取负【���俊�然而在自然界中，同样具有超疏水现象的荷叶与玫瑰花瓣，其超疏水特点却并不相同。前者表面的液滴会各向滚落，属于“滚动型超疏水”；后者表面的液滴却黏附在花瓣上，即使将花瓣翻转也无法滴落，属于“黏附型超疏水”。这两种类型的区别主要体现在接触角滞后上。尽管杨氏方程给出了�的计算方法，但是真实的固体表面存在着形貌粗糙不平、化学性质不均等问题，这无疑加大了�的测量不确定度。����等��恐赋觯�纬梢旱蔚娜�嘞叩姆肿佑�形成固体基质的分子之间的长程相互作用，从而在原子范畴内，可以观察到不同角度的�。这类似于“静摩擦效应”，即表面长程力与粗糙度的影响，导致三相接触线固定在了固体表面上。最近的研究表明，构成固体基质的分子的重新取向，导致液滴表面的吸引力随时间变化【��琧�苍谝�定范围内随之变化，这称为接触角滞后现象。接触角滞后影响着表观�的测量准确度。��接触角滞后理论����������，��臼网��嘟哟ソ��山��������日��、。万方数据
该模型指�，平衡接触角‰与表面粗糙度，进角％。和后退角臼。，二者之差臼。�Ｒ籷。。为接触角其中：‰为���状态接触角；�1砻娲植诙龋�分别将观察到的最大和最小表观�称为前滞后。当固液直接的�处于前进角以�：秃笸私�研。。之间时，在宏观上处于“准静态”。固液问热力学和动力学变化是制约�滞后的两大主要因素，其巾，从热力学角度分析，表面粗糙度与化学异质性影响着�的滞后问题【�】。从动力学角度分析，同体表面的膨胀变形与吸水效应�缫禾宸肿由�浮⑻寤�笮　⒐桃航哟ナ�间等�圃甲與�闹秃笮浴Ｒ旱蔚奶寤�叫。��滞后性越大【”。引。要使液滴从倾斜表面滚落，就需要尽可能小的�滞后，通常要求�滞后小于�！Ｕ饩凸钩闪硕�超疏水表面的第二个要求：有较小的滑动角������瑂�。尽管通过在分子范畴上控制粗糙度的表面，可以使�滞后小于�！��，但是由于表面结构与化学性质等因素的影响，目前没有任何方法使�滞后可以被消除。即使纳米尺寸的缺陷也无法避免�滞后【�基于�滞后理论可知，以荷叶为代表的“滚动型疏水”表面�滞后较小，易于滑落，处于���润湿状态；以花瓣为代表的“黏附型疏水”表面�滞后较大，液滴黏附，处于���状态。���模型���等【��ü�员砻娲植诙扔胧杷�缘墓�系进行分析研究，指⋯当固液表观接触面积低于实际接触面积时，液滴可浸润到粗糙表面中。根据热力学平衡定律，���模型如图��尽�的关系为��～���—��／����∞即液滴与表面的接触面积与表观面积比，一般大于�患匚@硐肫矫娴难钍戏匠探哟ソ恰�由上述关系式可以得出，疏水表面的疏水性和亲水表面的亲水性随表面粗糙度增加而增大。���润湿的特点是高�滞后和液滴对表面的高附着力【�然而，当同体表面的化学性能不均时，���模型将不再适用。���等【�】提出空气垫模型。即由于表面张力的作用，液滴无法与固体表面完全接触，而是与固体表面间贮存了空气，被架在了粗糙结构与气孑�稀８媚Ｐ腿缤�所示。可以看出中，假设液滴分别与同体表面和气孑�实慕�触面积占总接触面积比例分别为�⑽澹�颍��尼�。因此，���模型可表示为��其中：鲍为���状态接触角；��㈨穹直鸨硎�液滴与理想同体、气体之间的接触角，且一般情况下，由于液滴在空气中保持球形，因此臼���＃�即���一�Ｒ虼擞校�南式��褪��可知，表观接触角不变，同液接触面积越小，则昆越接近��！Ｒ虼耍�岣�固体表面疏水性可以通过减小固液接触面积和增加气穴实现。���状态的这种捕捉空气润湿方法，将会导致表面异常的摩擦学，使水滴易于滚动。因此，���状态的液滴，一般有较小滚动角和较低黏附力。然而，两大模型都只是一种理想模型，并不��蔯��