关于超疏水涂层综述1.doc

自洁净技术 当今世界现有的技术很多都是来自于大自然中的，自洁净技术就是其中之一。在自然界中的许多生物都表现出自洁净的性质。蝴蝶的翅膀和植物的叶子，例如卷心菜和莲花。自洁净技术的应用范围很广，从窗户玻璃的清洗到太阳面板的清洁，从水泥到纺织品。这项技术在20世纪末得到了极大的重视。世界各地都在开发着具有增强光学性质的高效耐用的表面涂层。除了应用方面的好处，这项技术还提供了各种各样的好处，包括减少维护成本，消除繁琐的手工工作，花在清扫工作上的时间也会减少。 自洁净涂料大致分为两个主要的类别，亲水和疏水，这两个类别都是通过水的作用来达到自我清洁的效果。在一个亲水涂层，水在表面扩散，会带走污垢和其他杂质。而在疏水技术中，水在表面滚动滑落，从而达到清洗的目的。然而,亲水性涂料使用合适的金属氧化物具有一个额外的属性，在阳光的辅助作用下，化学分解复杂的污垢，达到清洁的作用。 自清洁的应用，就是超疏水材料的应用。杨氏方程制定在200年前，现在在湿润科学上仍然是基本的方程是描述固气、固液、液气界面自由能γsv，γSL，γLv与接触角θ之间的关系式表达式为：γsv-γSL=γLvCOSθ。 该方程适用于均匀表面和固液间无特殊作用的平衡状态。COSθ=(уSV-уSL)/уLV式中уSV为固体表面在饱和蒸气下的表面张力，уLV为液体在它自身饱和蒸汽压下的表面张力，уSL为固液间的界面张力，θ为气、固、液三相平衡时的接触角。当θ＞90°时固体表面表现为疏水性质，θ＜90°时表现为亲水性质。将与水接触角大于150°的物体表面称为超疏水表面。就膜表面的粗糙情况对疏水性的影响进行了深入的研究．对杨氏方程进行了修正。指出由于实际表面粗糙使得实际接触面积要比理想平面大，提出了Wenzel方程：cosθ1=r(уSV-уSL)/уLV。式中r为实际接触面积／表观接触面积。亲水膜在增加粗糙度后将更亲水．疏水膜则更疏水。在研究织物疏水性能时．提出了另一种表面粗糙新模型——空气垫模型。Cassie提出接触面由两部分组成，一部分是液滴与固体表面(R)突起直接接触，另一部分是与空气垫(fv)接触，并假定θ1 =180°，引入表面系数f=fs／(fs+fv)，Cassie推导的方程为：cosθ1=fcosθ+f-1=f(cosθ+1)-1。根据Cassie的模型及公式的理论计算．提高空气垫部分所占的比例将会增强膜表面的超疏水性能。 D. Byun, J. Hong, J. H. Saputra Ko, Y. J. Lee, H. C. Park,B.-K. Byun and J. R. Lukes, J. Bionic Eng., 2009, 6, 63–70.【Wetting Character is ticsof Insect Wing Surface】我们调查了昆虫翅膀表面在微小和纳米比例下的、发现多层的粗糙表面有利于提高疏水性。在检测了10组24个会飞有翅昆虫标本之后，我们发现微小和纳米尺寸下典型存在于昆虫上下翅膀表面。在昆虫翅膀表面的微小的齿状结构与刚毛提高了疏水性，同时也使翅膀更容易被清洗。疏水昆虫翅膀经历了从cassie到wenzel的状态的转换。 2.C. Dorrer and J. Ruhe, Soft Matter, 2009, 5, 51–61.【Some thoughts on superhydrophobic wetting】一滴水接触材料的表面会形成一个近乎完美的球形即使是一个轻微的倾斜都足以使水滴滚落。根据Cassie的模型及公式的理论计算．提高空气垫部分所占的比例将会增强膜表面的超疏水性能。，水的毛细管长度是2.7mm。应用施加压力，震动底物，应用电压，水滴蒸发实现水滴从卡西状态向温泽尔状态的转换。所有这些方法都是导致液气界面压力的增加，因此也被称为推动力过度。压差源于系统的表面张力，以及重力等其他因素，压差和半径的关系又拉普拉斯方程： 3.Z. Cerman, A. Solga, B. F. Striffler, M. Spaeth and W. Barthlott, Bioinspir. Biomimetics, 2007, 2, S126–134.【The dream of staying clean: Lotus and biomimetic surfaces】The dream of staying clean: Lotus and biomimetic surfaces：莲花表面的超疏水涂层结构，通过对于莲花的研究总结起出疏水性的两个重要的特点：1）低能量表面具有疏水特点 2）显著的表面结构具有疏水性；关于第一点，和表面材料的化学性质有很大关系，第二点，疏水性特点也会由表面粗糙程度所决定。通过对莲花和生物表面的研究，发现了很多自