聚合物相分离技术在超疏水表面制备中的应用

具有超疏水表面的聚合物可应用于自清洁、抗结冰、抗黏附、防腐蚀和油水分离等诸多领域。随着研究的深入,超疏水材料的原理逐渐清晰,实用性研究越来越受到重视,简化制备工艺,降低原材料成本,延长使用寿命,提高表面的耐磨性、耐候性,成为超疏水材料获得应用的关键。在诸多超疏水表面制备方法中,聚合物相分离技术操作简单易行、原材料成本低廉,因此具备很高的应用潜力,是超疏水材料重要的应用方法。虽然相分离技术在超疏水表面制备中的应用由来已久,但针对这一技术的总结论述却相对较少,本文综述和归纳了通过聚合物相分离技术制备超疏水表面的方法,介绍了相关应用,并总结了超疏水材料在研究中存在的对耐环境性能重视不足、缺乏系统性评价方法等问题,认为聚合物相分离技术对提升超疏水材料的实用性意义重大。     

聚合物基超疏水涂层的制备及应用进展(1)

简要综述了超疏水表面的疏水机制及聚合物基超疏水涂层的基本情况(包括常用材料、制备方法及应用),重点阐述了聚合物基超疏水涂层的制备方法(如模板法、相分离法、刻蚀法和聚合物/无机纳米粒子复合法等)及其在自清洁、油水分离、抗冰冻和抗菌等领域的研究进展和存在的问题。最后对聚合物基超疏水涂层的应用前景进行了展望。     

聚合物基超疏水涂层的制备及应用进展(2)

简要综述了超疏水表面的疏水机制及聚合物基超疏水涂层的基本情况(包括常用材料、制备方法及应用),重点阐述了聚合物基超疏水涂层的制备方法(如模板法、相分离法、刻蚀法和聚合物/无机纳米粒子复合法等)及其在自清洁、油水分离、抗冰冻和抗菌等领域的研究进展和存在的问题。最后对聚合物基超疏水涂层的应用前景进行了展望。     

纤维素基超疏水纸的研究进展

从制备方法角度概述了纤维素基超疏水纸的研究现状,重点介绍了化学改性法、物理化学改性法、表面涂布法和纳米粒子改性法,同时介绍了超疏水纸在油水分离和微流体装置中的最新应用,对pH、温度和光照具有智能响应性超疏水表面的开发,以及超疏水纸表面力学性能和耐酸碱腐蚀性能的改善。使用廉价、绿色生物聚合物研制多功能、性能优异的超疏水纸产品是未来的发展方向,材料学、聚合物化学、纳米技术和机械学多学科理论知识的综合运用,是实现超疏水表面突破性发展的关键,也是满足工业化生产要求迫切需要解决的难题。     

超疏水表面自修复及应用的研究进展

超疏水表面因具有诸多优异特性而展现出良好的应用前景,但在实际应用中容易受到外界机械力损坏或化学侵蚀,赋予超疏水表面自修复性能可以较好地改善表面耐久性,延长其使用寿命。本文针对修复构成超疏水表面的微观结构与低表面能物质展开论述,介绍了在湿度、温度、光等外界因素的引发下超疏水表面对低表面能物质的修复行为与特点,以及以形状记忆聚合物为主制备的超疏水表面对微观结构进行修复的过程。此外,介绍了具有自修复性能的超疏水表面在防腐蚀、油水分离、防覆冰等领域的应用。最后,讨论了通过优化表面结构和化学组成开发自修复超疏水表面的挑战和前景,环保型且无需外界刺激即可迅速对微观结构与低表面能物质进行双重修复的超疏水表面具有重要的研究意义。     

非金属超疏水材料的制备方法及研究进展

介绍了构造超疏水材料的基本原理,综述了近年来超疏水材料的制备方法,重点介绍了构造表面微纳米粗糙结构的方法（刻蚀法、相分离法、模板法、化学液相沉积法、溶胶凝胶法）,并讨论了不同制备方法的优缺点和应用前景。用激光辐照、等离子体刻蚀等方法处理非金属材料都能得到理想的微纳米结构;用激光刻蚀低表面自由能的聚合物材料,可以不用修饰直接得到超疏水表面;相分离法适用于制备超疏水聚合物薄膜,其优点是设备简单,成本低,适合大规模制造;利用模板压印法制备聚合物超疏水材料简单易行,利用剥离力和反模板的作用,可以形成理想的二阶微纳米粗糙结构。     

超疏水性生物表面及其仿生制备的研究进展

介绍了超疏水表面接触角模型，综述了几种自然界生物体表面的超疏水性能及其仿生制备，并对仿生超疏水表面的未来发展进行了展望。指出未来发展的方向主要是实现超疏水表面的工业化，降低成本，同时改善制备工艺、寻找节能环保的生产加工方式。     

飞机超疏水表面的防冰性能研究进展

对飞机表面超疏水材料的防冰性能最新研究进展进行了综述。首先对固体表面润湿性、超疏水性及防冰性之间的关系进行了论述,系统介绍了过冷水在超疏水表面的撞击过程。由于超疏水表面的低表面自由能及表面微纳结构,过冷水能够在撞击固体表面凝结成冰前从固体表面脱落,有效延长其结冰时间。还对超疏水表面在防冰应用中存在的问题进行了分析,指出发展具有多功能复合型超疏水表面是以后研究的重点。     

超疏水表面上的流体流动

本文以超疏水圆管内的流体流动为例，推导出一系列有滑移速度时的流体流动表达式，分析具有一定滑移速度时的流动特征，在液体与超疏水表面接触符合Cassie模型的前提下，对滑移速度和超疏水表面特征之间的关系进行了简单推导。     

飞机超疏水表面的防冰性能研究进展

对飞机表面超疏水材料的防冰性能最新研究进展进行了综述。首先对固体表面润湿性、超疏水性及防冰性之间的关系进行了论述,系统介绍了过冷水在超疏水表面的撞击过程。由于超疏水表面的低表面自由能及表面微纳结构,过冷水能够在撞击固体表面凝结成冰前从固体表面脱落,有效延长其结冰时间。还对超疏水表面在防冰应用中存在的问题进行了分析,指出发展具有多功能复合型超疏水表面是以后研究的重点。     

The sol-gel and hydrophobic properties of antifriction coatings for use in high-speed mini-turbogenerators

The state of the surface of organic-inorganic coatings derived by sol-gel technology on a steel surface and their effect on the reduction of the air friction losses of a mini-turbogenerator rotor were studied. Two hypotheses about the effect of the surface condition on the reduction of the air friction losses—by improving the surface smoothness and by creating a superhydrophobic surface—were suggested and tested. Smooth epoxy-titanate coatings including those doped with a fluorine-containing organosilicon polymer and superhydrophobic surfaces based on hydrolyzed methyltriethoxysilane with an aerosol additive were tested on a model mini-turbogenerator test setup. It was established that the smooth coatings reduce the total friction losses of the mini-turbogenertor by ～5%, while the superhydrophobic coatings reduce them by ～7%.     

铜基超疏水表面防覆冰/抗霜冻特性分析

超疏水表面具有良好的防覆冰性能,有望改善低温条件下设备和设施的可靠性。本文采用氨气腐蚀法,制备具有微纳结构的铜表面,通过低表面能氟硅烷修饰后,金属铜表面表现出超疏水特性,其水接触角可达152.1°。利用电镜扫描、接触角测量、结冰和结霜实验分别对超疏水铜表面的表面结构、湿润性能和防覆冰性能进行研究。结果表明,超疏水表面的防覆冰/抗霜冻性能不仅与表面的粗糙度有关,还受液滴在固体表面的湿润状态的影响。当液滴在具有微-纳米结构的超疏水表面处于Cassie状态时,液滴与金属表面的接触面积小,液滴结冰速率较慢,金属表面同时具有较好的防覆冰和抗结霜性;而当液滴在金属疏水表面处于Wenzel状态时,霜晶与固体表面的接触面积增加,加快霜层的生长,金属表面的抗结霜性明显降低。     

Wetting and anti-fouling properties of groove-like microstructured surfaces for architectural ceramics

Contaminants on architectural ceramics have become a major problem in people's lives. Interestingly, superhydrophobic surfaces offer a new avenue for anti-fouling applications. In this work, a UV-laser process for constructing groove-like microstructures on architectural ceramics and subsequent fluoridation treatment were used to create superhydrophobic surfaces. After laser processing, nanoporous structures were generated inside the grooves, while the cracked layer was deposited on the non-irradiated area, building up a micro/nanoscale morphology on the ceramic surface. Moreover, the effects of groove pitch and laser scanning cycle on surface morphology and wettability were investigated. Results indicate that the fluoridated groove-like microstructured surface showed good superhydrophobicity based on the Cassie-Baxter model. Dynamic behavior of water droplets impacting on the as-prepared superhydrophobic surface was studied to verify its low adhesion. Additionally, the superhydrophobic surface exhibited remarkable repellency to various stain liquids and outstanding self-cleaning properties. These findings may contribute to developing anti-fouling applications for the architectural ceramics industry.     

耐久型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而,在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响,造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此,如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此,本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先,从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次,从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后,对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望,以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。     

基于仿生学的木材超疏水表面改性研究进展

介绍了超疏水理论模型及天然超疏水表面仿生机制;综述了国内外关于木材超疏水表面的构建方法,包括模板印刷法、刻蚀法、接枝共聚法、溶胶-凝胶法等,分析了不同超疏水表面构建方法的优缺点及存在的问题,并阐述了超疏水木材的应用前景;最后,对超疏水木材研究中存在的一些问题及未来的发展趋势进行了总结与展望.     

超疏水表面太阳能加热金-水纳米流体液滴蒸发特性

实验研究了超疏水表面上太阳能加热金纳米流体液滴蒸发特性。用高速摄像机和红外摄像机同步触发记录了2 μl不同浓度金纳米流体液滴在超疏水表面的蒸发过程。通过一系列实验，观察对比不同浓度金纳米流体液滴蒸发过程中体积、接触角、接触直径、液滴表面温度以及蒸发速率等动态特性。结合水蒸气扩散模型以及红外温度图分析液滴在超疏水表面上的蒸发过程中蒸发通量变化以及表面温度变化等特性。发现不同浓度纳米流体液滴蒸发速率基本一致；超疏水表面上液滴蒸发以常接触角模式为主，后期呈现混合模式蒸发；液滴蒸发过程中，液滴上半部分蒸发通量大，致使液滴表面温度较低。     

太阳能利用透光表面超疏水增透膜研究进展

透明超疏水性表面可以阻挡大气尘埃附着,减少表面反射率,提高透光率。超疏水增透膜与传统增透膜相比,具有自清洁性、低反射率和高透光性等优势。本文对增透膜和超疏水表面的基本原理进行了介绍,对比了近年来超疏水增透膜的4种制备方法（沉积法、刻蚀法、自组装法和溶胶-凝胶法）的优缺点,说明了高透光性和低反射率的超疏水表面研究进展。最后对超疏水性增透涂料的潜在应用前景进行了展望,改善超疏水增透膜的耐久性和开发适用于各种应用场合的超疏水增透膜将是未来研究的重点。     

超疏水/超双疏表面自修复方式的研究进展

超疏水/超双疏材料存在耐久性和稳定性的问题,因此很大程度影响了超疏水/超双疏材料的实际应用。受自然界中荷叶、三叶草等超疏水表面在受到破坏后,表面粗糙结构和表面组成可以恢复直到生物死亡的启发,科研学者通过不断探索研究出修复超疏水/超双疏材料的一些方式。本文从低表面能物质和表面微观结构的自修复角度出发,综述了影响超疏水/超双疏表面的自修复方式。当超疏水/超双疏表面受到物理破坏或者化学破坏时,失去超疏水以及超疏油性能,在温度、相对湿度、机械、UV等诱导条件下,低表面能物质迁移至表面完成自修复过程以及表面微观结构的自修复,从而使超疏水以及超疏油性能得以恢复。价格低廉的环保材料和系统性地研究自修复的机理是将来超疏水/超双疏自修复材料的主要研究方向。     

Preparation of a Superhydrophobic ZnO Film on ITO Glass via Electrodeposition Followed by Oxidation. Effect of the Deposition Time

This study investigates the fabrication of a stable superhydrophobic surface with low contact angle (CA) hysteresis using ZnO thin films prepared by cathodic electrodeposition and subsequent gaseous oxidation. The deposition time is a crucial factor in nanostructuring and producing surface roughness of the films. Cathodic electrodeposition for 60 s created a number of nanopillars, which exhibited the highest CA value, i.e., 167.9°. The rough ZnO surface displayed not only enhanced water repellency with low CA hysteresis but also excellent superhydrophobic stability. The application of the Cassie–Baxter model demonstrated that the ZnO nanostructure contributed to increasing the area of a water droplet in contact with air, leading to superhydrophobicity. Such a unique textured surface showed a great potential for the engineering of strong superhydrophobic coatings.