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固体的表面能及其亲水_疏水性（pdf 页）
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官方公共微信主题：【讨论】亲水性PTFE滤膜和疏水性PTFE滤膜有什么区别？
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真的不晓得。
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对常规的疏水PTFE膜进行改性，得到亲水PTFE膜，可以适用于过滤水溶液。疏水PTFE本身是疏水的，改性之后，既可以过滤水溶液，也可以过滤有机溶液，比较方便。化学耐受性也好。
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原文由 雾非雾(mcds) 发表:原文由 qintangsu(qintangsu) 发表:对常规的疏水PTFE膜进行改性，得到亲水PTFE膜，可以适用于过滤水溶液。疏水PTFE本身是疏水的，改性之后，既可以过滤水溶液，也可以过滤有机溶液，比较方便。化学耐受性也好。PTFE滤膜本身就能过滤有机溶剂，也能过滤水溶液，难道疏水性PTFE滤膜不能用来过滤水溶液？由于表面张力的问题，阻碍会很大
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原文由 雾非雾(mcds) 发表:原文由 qintangsu(qintangsu) 发表:原文由 雾非雾(mcds) 发表:原文由 qintangsu(qintangsu) 发表:对常规的疏水PTFE膜进行改性，得到亲水PTFE膜，可以适用于过滤水溶液。疏水PTFE本身是疏水的，改性之后，既可以过滤水溶液，也可以过滤有机溶液，比较方便。化学耐受性也好。PTFE滤膜本身就能过滤有机溶剂，也能过滤水溶液，难道疏水性PTFE滤膜不能用来过滤水溶液？由于表面张力的问题，阻碍会很大我们一般购买时就是要PTFE滤膜，因为有时要过滤有机溶剂，有时要过滤水溶液，商家也没有特别询问是要亲水性和疏水性的区分。恩，目前能够提供亲水性PTFE的还比较少，所以一般来说，如果客户是要PTFE的话，默认是疏水性PTFE，现在的话，安谱则两种都可以提供了
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原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:PTFE还有疏水的吗，一直用的都是亲水的PTFE本身是疏水的，dahua老师一直用的亲水的？有图片看看吗
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原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:原文由 qintangsu(qintangsu) 发表:原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:PTFE还有疏水的吗，一直用的都是亲水的PTFE本身是疏水的，dahua老师一直用的亲水的？有图片看看吗聚四氟乙烯不是极性很大吗，应该是亲水的吧看到小木虫上有讨论这个问题的，说得蛮好。请教各位，聚四氟和偏氟乙烯中C-F键不是极性很大吗？那为什么还会那么疏水？ 我也好奇，按理说会和水形成氢键的。 原因1 本身PVDF和PTFE材料中没有亲水基团，所以疏水。2& 碳氟键结合力很强 自由能很低 所以非常疏水。 首先说C-F键确实是强极性键，原因就是F离子强的电负性，吸电子能力强，造成电子云密度偏移，所以呈现极性，但是聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯因为C-F键是对称分布，电子云不出现偏移，所以聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯是非极性的，明白了吗？C-F键是极性键，这和聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯是非极性物质没关系。 首先说C-F键确实是强极性键，原因就是F离子强的电负性，吸电子能力强，造成电子云密度偏移，所以呈现极性，但是聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯因为C-F键是对称分布，电子云不出现偏移，所以聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯是非极性的，明白了吗？C-F键是极性键，这和聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯是非极性物质没关系。 首先同意楼上的说法。还有就是疏水和亲水是材料表面性能，跟本体有些差异。含氟材料的表面能较小（疏水），而且氟元素较多地在表面，材料也疏水了。 键的极性和分子的极性没有必然关系 参见CCl4 : Originally posted by 紫夜孤星 at
2150首先说C-F键确实是强极性键，原因就是F离子强的电负性，吸电子能力强，造成电子云密度偏移，所以呈现极性，但是聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯因为C-F键是对称分布，电子云不出现偏移，所以聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯是非极性 ... 首先多谢回答！同时多谢各位的解答！这下我就明白了，那请问为什么聚四氟乙烯和聚偏氟乙烯分子间作用力那么大呢？ 我认为这两种物质疏水的根本原因是他们都是接近非极性的，因为整个分子是平面的，氟原子的一个P电子参与到了碳碳双键的共轭体系中，整个分子的电子云是均匀分布的，所以分子是非极性的，自然也就是疏水的。至于形成氢键，那是不可能的，因为氟原子上的电子云并没有太过密集，当然不能形成氢键。 简单的来说，聚合物分子量越大分子之间的范德华力越大。 F原子的原子半斤大，并且ptfe的连成螺旋状，f原子刚好吧c原子包裹起来，分子连对称，晶体排列紧密，表面能低，所以输水，从结构上来说应该是这样的 有次听一个报告，该组表明了PTFE都是亲水材料了，他们做出了绝对的疏水材料。他们的表征不是接触角，是在space里面测的。 聚四氟乙烯中C-F键键能非常强，自由能低，所以称为“塑料王”
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原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:原文由 qintangsu(qintangsu) 发表:原文由 dahua1981(dahua1981) 发表:PTFE还有疏水的吗，一直用的都是亲水的PTFE本身是疏水的，dahua老师一直用的亲水的？有图片看看吗不好意思刚看了下确实是疏水的，是我搞错了(⊙v⊙)嗯
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原文由 vcningmeng(vcningmeng) 发表:原文由 autumn27(v2647829) 发表:原来还分亲水和疏水，应用肯定不同吧如果是亲水的PTFE，是不是极性溶剂和非极性溶剂都可以用啊？都可以的2.应用；那么超疏水表面到底有什么用处呢？一个很有前景的方；3.疏水表面的制备；终于说到如何制备了，制备的关键就是构建表面的内种；4.写在最后；提醒大家，超疏水虽然听起来很厉害的样子，不过真要；润湿性是固体表面的重要性能,描述润湿性的物理参数；既然是疏水材料，那么这种材料的水接触角必然大于一；除了化学因素外,表面物理结构形貌特别是微观几何是；不过，我个人认为
那么超疏水表面到底有什么用处呢？一个很有前景的方面就是利用其自清洁效应。你想，水滴要是能在表面铺展并随意滚动，表面的脏东西不都被卷走了么，想轮船表面这种容易附着海中杂质以及容易生锈的表面不就能变得更加耐用么。另外，研究已经证明超疏水表面在防污防积雪、微流体及无损传输等方面有这重要应用。近期热点为超疏水薄膜的油水分离，在石墨烯材料中的应用等等......
3.疏水表面的制备
终于说到如何制备了，制备的关键就是构建表面的内种粗糙结构，并经过低表面能修饰。目前比较流行的方法都是偏化学的方法，如电化学方法，溶胶-凝胶处理法，刻蚀法，化学化气相沉积等等我最近做的是用喷涂的方法。
4.写在最后
提醒大家，超疏水虽然听起来很厉害的样子，不过真要运用到实际生活中，恐怕还要很长一段时间。也许这是既石墨烯后，又一大坑，欢迎大家入坑或和我来讨论昂~
润湿性是固体表面的重要性能,描述润湿性的物理参数为液滴的接触角。
既然是疏水材料，那么这种材料的水接触角必然大于一个固定数值，目前学术公认的数值是90度。那么要制作这种大接触角的材料一般需要考虑的影响因素首先是表面能，表面能与接触角的大小有直接的关系,低表面能物质 (硅烷化试剂、烷基化试剂和碳氟化合物等 )对于增大水滴接触角,增强表面的疏水性能具有重要作用。也就是说，在某种固体材料的表面修饰上低表面能物质可以增大其疏水性。
除了化学因素外,表面物理结构形貌特别是微观几何是决定疏水的关键因素。大量的理论和实验表明,只要有合适的微观粗糙结构,在较小的本征接触角条件下也能使液滴处于稳定的复合润湿态（参考荷叶的疏水结构）。还有，一个润湿系统由固体表面、液滴、外部环境组成。为达到理想的超疏水性,固体表面的内在作用可在外部环境的刺激下得到进一步加强。更重要的是,通过外界影响,可人为调控超疏水行为,这对将来发展各种机敏智能超疏水材料意义重大。外部环境作用主要包括声、光、电、热、振动、压强等,它们对表面润湿性质有极大影响。
不过，我个人认为，题干中的疏水材料制作，主要应该是考虑物理和化学因素，可以在基材上设计合理的微纳米结构进行蚀刻，然后通过化学反应或者吸附等物理过程修饰低表面能物质，就能制作出疏水材料甚至是超疏水材料（接触角大于150°）。
随着人长大，见识的东西越多，就越能感到自己的渺小与浅薄。一个领域水论文的虽然多，但是总有那么一小挫人是在做实事的，而那么一点点力量就能推动一个领域的巨大发展。就在刚刚过去的一年多时间里，我亲眼见证了超疏水技术的巨大应用潜力，在此对答案进行修改。
首先表达我的观点，超疏水材料在学术上风声水起，近几年发表的论文越来越多，尤其是中国的研究者异常活跃，发表的论文中约有50%来源于中国研究者。中科院的江雷院士
更是这个领域的权威专家，去年好像还获评了美国科学院的外籍院士（虽然我个人不特别喜
欢他，听过几次报告，完全不尊重听者，永远只有一个意思：我很NB，我文章很diao。他在这种技术的应用领域做得奇差，基本没有做成的应用项目。典型的中国式研究者，永远只会水论文，水论文）。但是我的观点是，应用起来远没有大家设想的那么美好，很多应用领域是完全不切实际的，但是在一些特殊的领域确实展现出了巨大的应用前景。虽然超过95%的相关研究都是为了水论文，但是，由于剩下不到5%的研究工作，确实推动了这种技术的进步。
首先呢，一般的材料本身都有亲水、疏水之分，这和材料的表面能有关，我们把水在材料上的接触角大于90°的材料叫做疏水材料，把接触角小于90°的叫亲水材料（这个在学术上也有人不同意哈，有人提出65°为亲疏水材料的分界）。表面能越低的材料，水在上面的接触角越大，对于表面是平的材料，水的接触角最大能到多少呢，一般是120°，极限了，这些材料一般是聚四氟乙烯或者聚二甲基硅氧烷（PDMS）这些表面能非常低的东东。
但是呢，神奇的大自然告诉我们，水在物体上的接触角还可以更大，大到什么程度呢？150°以上！我们把这些接触角大于150°以上的表面叫做超疏水表面。这些超疏水表面在自然界中是非常之多的啦，最有名的当然是荷叶莫属，其他还有许许多多，包括玫瑰花、花生叶，水稻叶等等，我下面这张图就是好多这种超疏水的植物哈。当然，不是接触角大就无敌了，这些接触角很大的表面还分为几类，主要以表面对水的粘滞力来分。荷叶是典型的一类，它不仅接触角大，而且表面对水的粘滞力很小，水在表面很容易滚落，这就是传说中的“自清洁”现象，成就了荷叶出淤泥而不染的美名。另一类典型的就是玫瑰花，各位可以买朵玫瑰试试哈，滴一小滴水上去，那个水不会滚的，会牢牢的粘在上面，这就是高粘滞性的超疏水表面（这个学术上也有争议哈，有人觉得得像荷叶那样滚才能叫超疏水）。当然，这种玫瑰花一样的超疏水表面应用更少，更扯淡了，所有一般我们就说荷叶那种有“自清洁”现象的超疏水表面。为了不陷入学术的讨论，这里我只解释一下为什么他们的接触角可以这么大。
答案其实上面很多答案已经解释了，就是表面有微纳米结构的原因。生物表面的微纳米结构真是一个学术研究的宝藏，可以研究的东西太多，太神奇了。比如猪笼草为什么能捕食猎物，蝴蝶的翅膀为什么五颜六色，鲨鱼为啥游得快，壁虎为啥能爬墙……大自然在进化的过程中真是太NB了。仿生领域绝对是目前最火热的学术方向之一。下面的图左边的分别是壁虎的脚上，甲壳虫的背上，苍蝇的眼镜，右边的分别是蝴蝶的翅膀，猪笼草的入口处的微观结构图。
有没有感觉大自然很NB
。正是这些特殊的结构的存在，赋予了自然界很多生物奇特的能力。荷叶，玫瑰花也不例外，他们表面的微观结构图见下（上面已经有回答中有了哈，这个是经典的图，我就不用其他的了）：
这些微观结构有什么用呢，很简单，两个效果：1、放大表面的亲疏水性，让亲的材料根据亲水，疏水的材料更加疏水；2、改变了水和固体表面的接触形式，原来是水直接和固体表面接触，现在因为这些微观结构的存在，空气可以被限在里面，变成了水和空气，固体的接触，你想想，水的下面垫了层空气，是什么效果？
这里又涉及很多模型吖什么的，我不想深入讨论这些。我只想强调两个基本的结论：1、在绝大多数情况下，微纳米结构的存在是放大表面的亲疏水性，一般而言不能让原本亲水的表面变为疏水表面，只会变得更加亲水，因此如果想制备超疏水的表面，首先你得保证原本这个材料是疏水的才行（实际操作上，原本不疏水也行，做出微纳米结构后，涂上点疏水的东西就行）。看这个例子，原本一般亲水的不锈钢，表面有维纳结构后，变为超亲水，水在表面能快速扩散。
2、当然，也存在特殊情况，对于原本亲水的材料，某些极为特殊的结构可以让他们变
为超疏水的。我举两个特例，下面这个图上是氧化铜的纳米线，好多纳米线，张的还很密，
只有当纳米线的长度长到一定值时，才能变为超疏水表面。另一个是上面也有答案提到的，做出倒T型的微结构，看下面这个东东，这个东西宇宙无敌的NB，不仅疏水，什么液体都沾不上去。但是我必须强调的时，这些都是极为特殊的结构，对于一般的微纳米结构，不会让原本的亲水表面变为疏水。
说完这么多。不考虑极为特殊的表面微纳米结构，一般而言，两种思路做超疏水：1、在疏水的材料上做点微纳米结构出来，大家一听微纳米结构觉得很难，其实超级简单，不说那些论文里写的高大上的方法，你把一块聚四氟乙烯板用砂纸打磨一下，他就能变成超疏水的。2、在原本的材料上先做出微纳结构，再想办法弄上一层疏水的材料。不管用什么方法，做出来什么结构，千变万化不离其宗，离不开这两个道理。上面的回答里有一些说了自己的研究，其实你去看方法，离不开我说的这两个基本原理。
但是用这些方法做出来的超疏水表面没有特别大的工业价值。为什么呢？1、像聚四氟乙烯这种原本就是疏水的材料，它疏水就够了，根本不需要超疏水，说白了，超疏水就是看着过瘾，它根本不需要。2、大多数原本就是疏水的材料，除了聚四氟乙烯这种可以工业化用之外，像PDMS这些东西根本没法大规模用。3、对于原本亲水的材料，通过做结构，再修饰上疏水材料的方法来做超疏水表面，有几个根本问题无法解决，太脆弱了，太不稳定了，太不持久了。你想想这些微纳米的结构，你用手划划，没了。这些疏水的表面涂层，日子久了，没了。而且一般人工做的微纳米结构，完全没有自然界荷叶那么nb，在有些条件下，疏水性会丧失的，比如你连续在大雨里放两天试试，你用一定压力的水冲冲试试。人工可不可以做精细呢，可以，贵！慢！
但是，有没有商业化应用的超疏水呢。有！不管是日本，美国还是国内，都有商业化的超疏水涂层的产品，其中最有名的是美国的super ever dry（其实吹牛为主，美国人东西的特点就是，宣传永远做得很美，我了解的美国同类产品至少有3家以上）。TED上有他们CEO的演讲，你上youku也可以搜到很多相关视频，其中最有名的是去年日产公司还尝试把他们的产品用到了汽车上，看下面这张图，效果很明显有没有。但是！但是！你一定好奇，为啥没有大规模用呢，这么NB的产品，其实很简单，这老总能吹，所有不好的问题你全部看不见了。
当然，虽然这个用在汽车上有问题，但是近年来，确实有许多可喜的进步，
在一些特殊领域的应用效果也让人惊喜。尤其是一些中国公司也正在这个领域有所建树，技术水平完全不差国外的同类商业产品。我之前提到的一些问题正在逐步被攻克解决，非常期待在接下来几年里它的进一步发展。
疏水表面常见的制备方法有溶胶凝胶法、 化学修饰法、 喷涂法、 液相法、 化学蚀刻法、 水热法、 微相分离法、 原位聚合法、 静电纺丝法、 阳极氧化法等，都是近几年出现的疏水表面的制备方法。人工制造疏水表面虽然时间不长，但发展十分迅速，好的制备方法也越来越多。
制作超疏水表面的方法很多，这里说两个不需要什么高大上的仪器和材料的就能制作超疏水表面的方法。
1溶液浸泡法
实验材料：纯铝板（纯度大于99%），五水硫酸铜晶体，硬脂酸固体颗粒，去离子水，无水乙醇，浓盐酸
配制溶液：配制0.5M HCl溶液250ml，0.01M CuSO4溶液250ml，0.01M硬脂酸乙醇溶液250ml。
铝板预处理：将铝板切割成20*20*3mm的小铝片，然后在小铝片的边缘处钻Φ1的小孔，接着用800#水磨砂纸将铝片表面打磨光滑，用冷风吹干。将铝片用透明胶带密封起来只留下一个20*20mm的表面，用漆包线穿过铝片小孔，将漆包线与铝片连接在一起，以便可以通过漆包线对铝片进行移动操作。将铝片放进装有1:1去离子水和无水乙醇的小烧杯中，然后放进超声波清洗仪中清洗2分钟后取出用冷风吹干。
（1）用5个100ml的烧杯分别取50ml的去离子水、无水乙醇、0.01M CuSO4溶液、0.01M硬脂酸乙醇溶液以及0.5M HCl溶液。
（2）将预处理过的铝片样品放入0.5M HCl溶液中（大约2min）直到有大量气泡生成时取出放进去离子水中清洗，然后放进0.01M CuSO4溶液中浸泡一定的时间
（3）将浸泡完CuSO4溶液的铝片放进去离子水中清洗接着再放进无水乙醇中清洗，最后放进0.01M硬脂酸乙醇溶液中浸泡一定的时间。
（4）将浸泡完硬脂酸乙醇溶液的铝片放进无水乙醇中清洗，取出后用冷风吹干。
2电化学腐蚀法
三亿文库包含各类专业文献、行业资料、各类资格考试、专业论文、幼儿教育、小学教育、文学作品欣赏、高等教育、中学教育、制作疏水材料表面_图文21等内容。　
　材料的开发涉及较贵的地表面能物质,如含氟或硅烷的化合物 2、制作疏水材料的设备要求高、条件苛刻、周期长 3、由于表面的特殊微结构,导致机械强度差,易被外力... 　材料与人类文明结课论文 对于超疏水性纳米材料的机理分析及现状调查 作者:王聪 班级:应物 31 学号: 关键词:超疏水性 纳米材料 表面结构 生产现状 一、... 　超疏水材料的研究现状及应用摘要: 超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的...表面涂膜,该涂膜的接触角高 达 173°该方法简单, 易于实现大面积制品的制作。... 　超疏水材料及其应用 落在荷叶上的雨滴形成水珠顺着叶面缓缓滚动而落下, 这种抗水性称为荷叶效应。 这是 由于荷叶表面的疏水层呈现纳米级的凹凸不平, 减少了水珠与... 　1.2.3 超疏水表面材料简介[12] 表面润湿性是固体材料表面的一个重要特性, ...该法简单易于实现制作大面 积的制品,超疏水涂抹因其独特的性能,被人们广泛的... 　通常把与水的接触角 大于 90° 的固体材料表面称为疏水表 面,大于 150° 则称为超疏水表面[3]。 一个表面疏水性的强弱通过接触角、 滑动角、接触角滞后等... 　ESM 负载 PTFE 疏水材料的制备及其疏水性 1 疏水材料 疏水材料是指水在该材料表面的接触角大于 90° 。材料表面能越低,附着力越小,材料 表面与液体的接触角也... 　(√)B、发明制作类 ()C、社会科学类论文 共青团江苏大学委员会 2016 年 3 ...通过光学处理技术,能够使材料表面直接形成类似于纳米薄膜的疏水结构, 使其具有自... 　表面疏水1_材料科学_工程科技_专业资料。真菌疏水蛋白表面展示对毕赤酵母细胞疏水 性及共展示南极假丝酵母脂肪酶 B 的影响【摘要】酵母表达系统是近年发展迅速、...“滴水不进”的超疏水材料(图)_网易新闻
“滴水不进”的超疏水材料(图)
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不同表面水滴接触界面状态　　回南天，地板冒水、墙壁“冒汗”，让人抓狂。在一些行业，水更是让人如临大敌：水会带来细菌，带来腐蚀，带来污染。偏偏在我们周围水又无处不在，“搞破坏”防不胜防。有没有办法在不欢迎水的时候把它挡在门外？超疏水材料担起了重任。
　　在一场TED演讲中，科学家将一盆水泼向一块金属板，水珠像钢珠一样滚落，金属板仍然干爽；一只船桨浸入水缸，拿出来竟然未带出一滴水珠，就像是从没放进去过一样；一杯水倒在一块经过特殊处理的玻璃板上，水紧紧靠在中央“不越雷池半步”，即使用手搅出来一两滴也立即跑回去……
　　这些违背我们肉眼“常识”的现象，就是“超疏水材料”捣的鬼。这种通过改变材料的表面自由能和表面粗糙度获得的新型材料，灵感来自于自然界中的荷叶。由于其防水、防腐蚀、抗菌的特殊效果，如今已经成为国际热门的研究领域，可以在环保、工业、医疗等各种你想象不到的领域大展身手。
　　南方日报记者 李秀婷 策划统筹：陈枫 黄慧莹
　　微观尺度下的微纳复合结构
　　材料表面的自由能决定了这个材料是亲水还是疏水，自由能越低，疏水性越强；表面微观的粗糙度则决定了亲疏水的强度，表面越粗糙，疏水性越强
　　一颗水珠滴在材料表面，如果它迅速铺展开来，就是亲水或超亲水表面；如果水珠形成球形，能够滚来滚去，就是疏水乃至超疏水表面。
　　自然界中的某些植物叶表面具有超疏水性质和自清洁功能，最典型的便是荷叶表面，形成了“荷叶自洁效应”，“出淤泥而不染”。
　　超疏水的性质是怎样形成的？弄清楚这个，自然界的超疏水现象就可能为人类所利用了。
　　华南理工大学化学与化工学院一位研究超疏水材料的专家解释，按照热力学的规律，表面能高的物质无法在表面能低的物质表面铺展开。水是表面能比较高的物质，因此表面能比水低的物质，如一些含硅、氟的物质就会表现出疏水性，水在这样的表面会尽量让自己缩成一个球形。
　　低表面能的化学组成结构决定了物质是否疏水，但仅有疏水性质还不够。20世纪三四十年代，科学家就发现了表面粗糙度微结构与浸润性之间的关系。在微观环境中，液体滴在固体表面上，并不能完全填满粗糙固体表面上的凹面，在液滴与固体凹面之间还存在着空气。
　　宏观上看到的固体和液体的接触界面，实际上是由气液界面和固液界面共同组成的混合界面。微表面越粗糙，锁住的空气就越多，与水的接触就越少，固体就越疏水。
　　1997年，德国生物学家巴特洛特（Barthlott）等研究人员通过对近300种植物叶表面进行研究，认为植物叶片的自清洁特性是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面疏水的蜡质材料共同造就的。
　　看起来平滑光洁的荷叶，在电子显微镜下却是另外一番情景：表面布满了颗粒状的乳突，看起来粗糙不平。这些乳突及乳突之间又被众多纳米级的蜡质晶体所覆盖。防水的蜡和微米级的乳突使得荷叶表面呈现超疏水的特性。
　　上述专家介绍，材料表面的自由能决定了这个材料是亲水还是疏水，表面自由能越低，疏水性越强；而表面微观的粗糙度则决定了亲水和疏水的强度，表面越粗糙，疏水性越强。因此，表面疏水时，增大固体表面的粗糙度就能增大表面的疏水性。
　　2002年，我国著名纳米材料专家江雷的团队发现，在荷叶表面微米结构的乳突上，还存在纳米结构，乳突的平均直径为5—9微米，每个乳突表面分布着直径在（124±3）纳米的绒毛。乳突之间的表面也存在着纳米结构。另外，在荷叶的下一层表面同样可以发现纳米结构，它可以有效地阻止荷叶的下层被润湿。
　　原来，仅仅是微米结构，疏水性还不够强，微纳多层结构才是自然界疏水现象的终极奥秘。
　　研究者通常以接触角来表达液体对固体的浸润程度，也就是亲疏水的程度。接触角是气液界面的切线穿过液体与固液界面之间的夹角。如果水珠在材料表面是完美的球形，也就意味着这块平板是完全疏水的材料，接触角是180°；如果水完全平铺在表面，表示材料很亲水，接触角是0°。
　　接触角越大，浸润程度就越低。按照定义，超疏水表面一般是指与水的接触角大于150°的表面。
　　现实中的平面往往不是水平的，更多的是斜面。水滴在倾斜表面上可能滚动或停滞，这也是亲疏水性的一种表现，这种状态需要用滚动角进行表述。滚动角是指液滴在固体表面开始滚动时的临界表面倾斜角度。如果液滴开始滚动的倾斜角越小，表明这个表面的超疏水性越好。
　　上述专家介绍，水珠滚落，去污能力比滑落强，而倾斜的光滑表面水珠多处于滑动状态，这就解释了超疏水表面的自清洁特性。
　　向自然学习制作超疏水材料
　　人们从大自然受到了多重启发，制造出同样具有超疏水性质的各种材料，对各向异性的研究则可控制液体在固体的哪个方向、什么程度上发生浸润
　　除了荷叶，还有很多生物的表面具有超疏水结构。上述专家介绍，蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成，直径约为80纳米，纳米柱的间距约180纳米。规则排列的纳米突起构建起了粗糙度，使蝉翼表面稳定吸附了一层空气膜，诱导了超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。
　　壁虎的脚趾头也具有迷人的层次结构。微观观察可以看到，其脚趾由成千上万像丝绸一样的“鳞片”和每一片“丝绸”包含的几百个像铲子一样的细微结构组成。这样的结构使得壁虎脚掌异常粗糙，能在墙壁上随意爬行。
　　江湖上人称“铁腿水上漂”的水黾虽然自身重量很小，但它能浮于水面上主要还是靠它腿部的超疏水结构。江雷的团队对水黾腿进行了深刻细致的研究，发现水黾腿表面定向排列着微米级的针状刚毛，并且刚毛上还有螺旋状的纳米级沟槽结构。刚毛可以吸附在构槽中的气泡形成气垫，从而让水黾能够在水面上自由地穿梭滑行，却不会将腿弄湿。
　　在水黾的启发下，许多研究者设计了新型超级浮力材料。哈尔滨工业大学应用化学系的潘钦敏博士等研究人员就以多孔状铜网为基材，并将其制作成数艘邮票大小的微型船，然后通过硝酸银等溶液的浸泡处理，使船表面具备超疏水性。
　　这种材料同样具有微纳米结构的表面，可在船外表面形成空气垫，改变船与水的接触状态，使船体表面在水中所受阻力更小。这种微型船在水面自由漂浮的同时可以承载比自身最大排水量多50%的重量。
　　水滴在某些植物的叶表面滚动时会表现出各向异性，可以简单解释为在不同方向上表现出的性质不同。江雷的课题组观察到，水稻叶表面水滴总是沿着平行叶脉方向滚动。原来，水稻叶表面具有类似于荷叶表面的微纳米相结合的多级结构，但是，在水稻叶表面，乳突沿平行于叶边缘的方向排列得井井有条，垂直方向上的排列则很“任性”，因此水珠更容易沿着平行叶脉方向滚动坠落。
　　2009年，江雷的团队在蝴蝶翅膀表面也发现了水滴滚动的各向异性。蝴蝶翅膀由微米尺寸的鳞片交叠覆盖，每一个鳞片上又分布着排列整齐的纳米条带结构，而每个纳米条带由倾斜的周期性片层堆积而成。这种特殊微观结构导致水珠在蝴蝶翅膀表面滚动时具有各向异性。
　　这些研究结果为制备出浸润性可控的固体表面提供了重要的信息。掌握了这些，人们不仅可以控制固体和液体是否发生浸润，还可以控制液体在固体的哪个方向、什么程度上发生浸润。
　　让超疏水材料走出实验室
　　超疏水材料的应用面相当广泛，涵盖航天军工、建筑、医疗等各个方面。然而，由于受目前技术及开发成本等限制，实际产业化及商品化的还不多
　　超疏水特性能应用在哪些方面？不少研究者对此提出了畅想。
　　先想想跟我们生活息息相关的。有抗菌自清洁效应的超疏水表面应用于生活用品，可以减少清洗的麻烦；冰箱、冷柜等制冷设备的内胆表面上，不再有凝聚水、结霜、结冰现象；在建筑物内外墙、玻璃及金属框架等的防水、防雪和耐沾污等方面应用，可大大降低建筑物的清洁及维护成本。
　　思路开阔一点。天然气、石油管道内壁表面涂上超疏水分子膜，能够防止管道腐蚀，提高油气的传输效率。将其涂在远洋轮船船底，可以防污、防腐。
　　超疏水材料在微流体控制应用上也有出色的表现。研究者提出，控制微液滴的运动和流动并以此制造微液滴控制针头，使得在实验或生产过程中对液体滴加计量精确控制，实验试剂的添加将更得心应手。
　　还有专家认为，如果将这类技术运用到诸如静电喷涂领域，比如用超疏水材料制造喷漆喷胶等的喷头，将会使喷涂的液滴更加均匀，雾化效果更好，可以运用在对喷涂效果有特殊要求的场合。
　　上述专家介绍，超疏水材料目前主要有几种制备方法，包括模板法、等离子法、化学气相沉积法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法等，基本上都是在低表面能的材料上构造粗糙表面。
　　这些方法要么过于昂贵；要么设备要求高、条件苛刻、周期长，只能在实验室少量制造；要么疏水表面强度不耐磨损；要么疏水性持久性不强，易被油性物质污染……目前，研究者一方面在想方设法制造出不同结构具有不同特性的疏水材料，比如一些既疏水又疏油的超双疏材料研究，一方面也在绞尽脑汁让它们走进实际应用。
　　目前，华南理工大学化学与化工学院相关团队在制备超疏水性涂膜方面取得了良好的进展。他们制备出微纳复合结构的粒子后，与有机硅复合做成涂料，喷涂这种涂料即可制备超疏水涂膜，成为为数不多的具有实际应用价值的技术方法之一。
　　针对超疏水涂料易磨损而导致强度不够的问题，上述团队也提出了新的思路：在物体表面先涂一层胶水，再喷涂疏水涂料，这样能使疏水涂料与物体表面更好地黏合，疏水强度得到了保障。
　　最近一期的《科学》杂志上，英国伦敦大学学院化学系博士生陆遥也提出，在黏胶上喷涂超疏水涂料的方法可以有效改善超疏水涂料易磨损的弱点，“将超疏水领域的弱点交给更加成熟的黏胶技术去克服”。
本文来源：南方日报
责任编辑：王晓易_NE0011
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