超疏水材料-共28页PPT资料课件.ppt
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1、 超疏水材料超疏水材料n1 1 超疏水?超疏水?n2 2 自然界中的超疏水现象自然界中的超疏水现象n3 3 超疏水的理论分析超疏水的理论分析n4 4 超疏水表面的制备方法超疏水表面的制备方法n5 5 超疏水材料的应用与展望超疏水材料的应用与展望1 1 超疏水超疏水?n自然界不会活性聚合,也不会乳液聚合,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却可以有着比任何人工合成材料更好的疏水性能水性能所谓所谓“超疏水超疏水”的生命现象的生命现象.超疏水与静态接触角超疏水与静态接触角n疏水:接触角疏水:接触角大于大于90900 0。n超疏水:接触角超疏水:接触角大于大于150
2、1500 0;疏水性的表征量疏水性的表征量n静态接触角:静态接触角:越大越好越大越好n滚动角:滚动角:越小越好越小越好如何获得疏水如何获得疏水/超疏水表面?超疏水表面?n固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定:决定:n化学组成结构是内因:化学组成结构是内因:n低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果。果。现代研究表明,光滑固体表面接触角最大为现代研究表明,光滑固体表面接触角最大为1201200 0左右。左右。n表面几何结构有重要影响:表面几何结构有重要影响:n具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高
3、疏(亲)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)水性能水表面的疏(亲)水性能2 2 自然界的超疏水现象自然界的超疏水现象n20192019年,年,BarthlottBarthlott和和NeihuisNeihuis认为:认为:自自清洁的特征是由于清洁的特征是由于粗糙表面上的微米粗糙表面上的微米结构的乳突以及表结构的乳突以及表面蜡状物的存在共面蜡状物的存在共同引起的;同引起的;n乳突的平均直径为乳突的平均直径为59um59umn微米结构下面还存在微米结构下面还存在纳米结构,二者相结纳米结构,二者相结合的阶层结构才是引合的阶层结构才是引起表面超疏水的根本起表面超疏水的根本原因。
4、原因。n单个乳突由平均直径单个乳突由平均直径为为120 nm结构分支结构分支组成;组成;荷叶表面的微荷叶表面的微/纳米复合结构纳米复合结构超疏水的蝉翼表面超疏水的蝉翼表面n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约在80 nm80 nm,纳米柱的间距大约在,纳米柱的间距大约在180 nm180 nm规则排列纳米突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,其超疏水的性质,从而确保了自清洁功能,超疏水各向异性的水稻叶子超疏
5、水各向异性的水稻叶子n水稻叶表面存在滚动的各向异性,水滴更容易沿水稻叶表面存在滚动的各向异性,水滴更容易沿着平行叶边缘的方向流动着平行叶边缘的方向流动超疏水的水黾腿超疏水的水黾腿n水黾,通过其腿部独特的微纳米复合阶层结构实水黾,通过其腿部独特的微纳米复合阶层结构实现超疏水和高表面张力现超疏水和高表面张力10mda10me10mcf200nmb1mmba3 3 表面粗糙度对接触角的影响理论研究表面粗糙度对接触角的影响理论研究n通过对自然的仿生研究,发现接触角不仅与通过对自然的仿生研究,发现接触角不仅与膜的表面能有关,而且还与膜表面形貌有关膜的表面能有关,而且还与膜表面形貌有关 nWenzelWe
6、nzel模型;模型;nCassieCassie理论;理论;Cos*=r=粗糙表面下的液滴接触角粗糙表面下的液滴接触角与界面张力的关系与界面张力的关系WenzelWenzel模型:粗糙表面的存在,使得实际上固液模型:粗糙表面的存在,使得实际上固液相的接触面要大于表观几何上观察到的面积,从相的接触面要大于表观几何上观察到的面积,从而对亲而对亲(疏疏)水性产生了增强的作用水性产生了增强的作用表观表面面积实际表面面积LVSLSV)-r(Cassie模型:气垫模型(由空气和固体组成的固体界面)Cos=fcos+(1-f)cos180 =fcos+f-1f=a/(a+b)f为水与固体接触的面积与水滴为水与
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