《超疏水性生物表面的研究进展》.pdf

第29卷第5期 应 用 化 学 V01．29Iss．5 2012年 5月 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY May2012 超疏水性生物表面的研究进展 石彦龙 冯晓娟 (河西学院化学化工学院，甘肃省高校河西走廊特色资源利用省级重点实验室 张掖 734000) 摘 要 介绍了几种天然超疏水生物表面的研究进展，包括蛾翅膀、蝉翼 、蝴蝶翅膀、白蚁翅膀、甲虫，蚊子的 腿、翅及其复眼，水黾的腿部和荷叶的表面。对现有的仿生超疏水材料的制备方法及常用作表面修饰的低表 面能材料做了简单的归纳与总结。对超疏水材料研究面临的挑战及以后的发展趋势做了展望。 关键词 超疏水，接触角，滚动角，自清洁，复合结构 中图分类号：0647．5 文献标识码 ：A 文章编号：1000-0518(2012)05-0489-09 DOI：10．3724／SP．J．1095．2012．00328 润湿性是固体表面一种重要的性质，在动植物的生命活动、人类的 日常生活、工农业生产中起着极 其重要的作用。固体表面的超疏水性可以用水滴在其表面的接触角CA(contactangle)衡量，通常把CA 大于 150。的表面，称为超疏水表面…。超疏水表面因其在防雪、防水、抗氧化、防污染、减小摩擦和 自清 洁功能等领域有广泛的应用前景 2引，成为当前研究的热点之一。自然界中，许多生物的表面经过亿万 年的进化而表现出优异的超疏水性能，对这些生物表面超疏水性能产生的奥秘进行研究无疑会对人们 仿生设计 、制造机械强度高和环境适应性强的超疏水瓷砖、自清洁玻璃、防水服饰、雷达天线、防积雪和 减阻节能流体管道以及将来制造 “超疏水纳米飞行器”、“微型水面取样器”等均具有及其重要的借鉴意 义，高雪峰 ¨。。和郭志光等 曾就水黾、荷叶表面的超疏水性进行过阐述，本文以此为基础，介绍了近年 来有关白蚁、蚊子、蛾和蝴蝶等昆虫的超疏水性研究，通过全面、细致、深人的分析这些昆虫翅、腿表面超 疏水性产生的机理，希望能为人们认识 自然界神秘而有趣的超疏水现象，并为将来超疏水材料的设计与 制备提供有益的启发和借鉴。 1 天然的超疏水生物表面 1．1 蛾翅膀表面的超疏水性 蛾隶属于昆虫纲，鳞翅 目，夜蛾科。长期生活在树林、稻田和草地等湿润环境中，其翅膀表面为抵御 雨、雾、露以及尘埃等不利因素的侵袭，经过长期的进化，形成了反粘附、非润湿的超疏水 自清洁功能。 丛茜等¨研究发现其翅表面的非润湿 自清洁功能的奥秘在于其翅面独特的微纳米结构，通过扫描电子 显微镜图片发现在淡剑夜蛾(Sidemiadepravata)的翅面分布有大量鳞片，鳞片表面规则分布着纳米级纵 肋和微米级凹槽 (图1)，这种非光滑鳞片的形态、结构可增强其表面润湿性。此外，其翅膀表面的鳞片 主要由蛋白质、脂类和几丁质等构成，这些物质本身具有一定的疏水性，水滴在这种微纳米级的阶层固 体表面的接触为复合接触，液滴不能填满粗糙表面上的凹槽，液滴下将有截留空气存在，表观上的固液 接触区实际上由固体和气体共同组成。这种微米级鳞片、纳米级纵肋的微观复合结构与其表面的低表 面能生物材料的耦合作用诱导了其翅膀表面具有较强的疏水性 (水滴在其表面的接触角约为 153。)，有 2011-07-25收稿，2011．10-24修回 国家 自然科学基金 资助项 目 通讯联系人 ：石彦龙，讲师；Tel：0936-8282066；Fax：0936~282028；E—mail：yanlongshi726@126．com；研究方向：疏水材料 r； } 2 3 4 5 6 7 8 9 O 1i 1j 1J 1j 1J 1J 1』