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文 献 综 述1.引言润湿性作为固体表面的重要特征之一, 是指固体界面由固 - 气界面转变为固 - 液界面的现象. 固体的润湿性通常用接触角的大小来衡量, 所谓接触角是指液滴在固 - 液接触边缘的切线与固体平面间的夹角. 超疏水表面为静态接触角大于 150 的表面. 但是单一的静态接触角不足以用来描述表面的润湿性, 判断一个表面的润湿效果时, 还应该考虑到它的动态过程, 一般用动态接触角或滚动角来衡量. 滚动角的定义为固体表面缓慢倾斜时放置在表面上的液滴在重力作用下开始移动时的临界倾斜角. 滚动角的大小也代表了液滴在固体表面的滞后现象. 一般来说超疏水表面应该既具有较大的静态接触角又具有较小的滚动角.超亲水性表面是指与水的接触角<5的表面,其性能优异 、 应用广泛,可以自清洁、防雾、提高表面热交换效率等。
一般来说,表面的粗糙化可以使亲水表面更加亲水,甚至达到超亲水。
超疏水表面一般是指与水的接触角>150的表面,它在工农业生产和人们的日常生活中都有着极其广阔的应用前景,用于玻璃、陶瓷、混凝土、木材等建筑材料上,可以使材料具有自清洁或易于清洗的效果;用于服装等纺织品上,可以起到防水防污和自清洁的效果;用于高降雪地区的卫星天线或户外标牌上,可以防止因积雪导致的信号中断或外观模糊 。
固体表面的润湿性同时由其化学组成和几何结构共同控制,低的表面自由能和合适的表面微细结构是固体表面产生超疏水性的两个前提条件。
自然界中的许多生物都具有特殊的本领,人类通过观察和学习这些生物的内在本质提出了仿生材料的概念, 即模仿一些生物的特殊功能, 制备具有特殊性能的材料,为人类的发展提供材料基础。
荷叶表面显示超疏水性,具有良好的自清洁功能,原因在于 荷叶具有内在的多层表面结构,细小疏水的蜡状毛细管无规分布在表 面凸起的细胞乳头上。
这种多层表面结构使得细胞间的空气被捕获,增大固体-气体之间的接触面积, 从而降低固体-液体的接触面积,水在这样的表面上只能获得很低的能量, 进而形成球形液滴,水和材料表面的接触面积和粘附性能都 显著降低 。
荷叶表面的静态水接触角达到162,具有超疏水性,并且能够防止灰尘等污染物粘附在其表面。
原因在于灰尘颗粒和荷叶表面之间存在微弱的范德华力,而灰尘颗粒和球形水滴之间存在较大的毛细 管力,较大的毛细管力和微弱的范德华力相互作用于灰尘颗粒,使得灰尘更容易从荷叶 表面脱落,吸附到水滴上,因而荷叶表面具有自清洁功能。
综合对荷叶表面微观结构的 观察和润湿性理论的分析,可以看到,要实现材料表面自清洁功能,必须保证两个条件。
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