什么是超疏水材料？原理是？应用一览

1.超疏水材料

“超疏水”从字面理解来看是指对水具备极端排斥性，科学解释来看，疏水材料表面接触角θ>90°时液体对固体表面呈现出不润湿性的现象，而将材料表面的稳定接触角θ>150°，滚动接触角α<10°时的这类材料为超疏水材料。

2. 超疏水原理

固体表面的润湿性主要影响因素是其表面的化学组成和表面微观结构。我们一般用接触角θ来表现液相和固相的润湿性：θ<90°则称该材料表现为不疏水，可润湿;θ>90°称材料表现为可疏水，不润湿;θ=90°为材料可润湿和不润湿的临界条件。

超疏水现象可用表面润湿理论进行解释，表面润湿理论主要有Young方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型以及滚动角等。Young方程是一种理想的模型，而Wenzel模型和Cassie-Baxter模型是Young方程的后续完善，主要阐述了表面结构对表面润湿行为的影响。滚动角则反映接触角的滞后现象，与前进角和后退角的差值相等。另外，研究表明Wenzel模型与Cassie-Baxter模型可能同时存在，也可以在动态过程中相互转换。

3.超疏水材料的应用

(1)金属防腐

近年来，超疏水涂料已广泛用于如铝、铜、铁、钛、锌、合金和钢等各种金属基材的表面改性上，以增强它们的耐腐蚀性。Liu等通过将镁合金浸泡在氟硅烷溶液中，制备了稳定的超疏水涂层，改善了合金的耐腐蚀性。Xu等氟硅烷处理镁合金，获得耐腐蚀的超疏水表面。Ishizaki等%6呸报导了有关变色超疏水镁合金的制备方法，在纯水中具有更好的耐腐蚀性和阻尼性能。

(2)防覆冰

近年来，受生物材料表面疏水性启发，人造超疏水表面开始应用于防覆冰，疏水表面在防覆冰领域应用的优势在于优异的拒水性能，可延迟湿雪、冰或霜在基材表面的积聚和粘附，可有效缓解结冰(覆冰)问题。

(3)自清洁

自清洁表面是指表面的污染物或灰尘在重力、雨水、风力或太阳能等自然外力的作用下能够自动脱落或被降解的一种功能性表面。在过去的十几年中，己经开发出各种各样的自清洁涂料，在工业、农业中具有很大的应用前景，特别是户外玻璃和外墙。超疏水表面的自清洁，类似于荷叶的自清洁现象，它们可以在液滴滚走时带走基材表面的灰尘、颗粒等物质，例如鲨鱼皮和领航鲸皮，二氧化钛涂层的自洁玻璃已被我国国家歌剧院使用。

(4)防水织物

纺织品防水也是超疏水在日常生活中的主要应用，有超疏水涂层的纺织品可以用于防水服中，避免其免受水滴的润湿。在过去的基础研究和工业应用中，具有特殊润湿性的多功能织物也引起人们的广泛兴趣，人工防水织物除了具有超疏水性，还具有油水分离、自清洁、抗菌、自修复等综合性能。

(5)油水分离

由于工业含油废水和石油泄漏等意外事故的增加，分离油水混合物是世界最具挑战性的研究课题之一，环境问题和经济需求对功能化膜分离油水混合物提出了更高的要求。用于油水分离的传统方法有浮选、离心和过滤，然而，这些操作过程是非常复杂和耗时的。近年来，表面具有特殊浸润性能的材料以其高分离效率引起广泛关注，越来越多的超疏水/超亲油织物、膜等二维材料和海绵等三维网格材料被应用于油水分离。

(6)其他应用

超疏水表面还有一些重要应用，例如用于防雾，镜子、玻璃和其他基材表面都易结雾，给日常生活和工业应用造成各种困难，还可用于抗污和防垢，在海洋船体涂料上有重要应用，在医疗领域可用于药物释放、自清洁和牙科治疗。

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