超疏水表面的应用.docx

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1自清洁的应用

超疏水表面的应用

当具有超疏水表面的金属稍微倾斜，再喷洒人工雨时，金属表面的小水滴将会合并成大水珠滚落，并带走表面的污染物，实现自清洁或易于清洗，减少了洗涤剂对环境的污染，省力又环保。

2耐腐蚀的应用

大多数金属材料表面不可避免地会发生氧化，遇上水等常见的液体腐蚀介质，氧化膜不能有效的起到保护作用。

如果金属表面覆盖有超疏水膜层，膜层的微纳米符合结构中所含的”空气垫”将会保护金属表面，隔开基底与液体的直接接触，使得腐蚀离子难以到达金属表面，显著提高了金属的耐蚀性。

3流体减阻应用

船舶等航行体在前行过程中不可避免地会受到来自水流和空气的阻碍，除了兴波阻力和压差阻力，最大的前进阻力是摩擦阻力。

表面超疏水的固体浸没在水中时并不是与液体直接接触而是隔着一层空气薄膜局部接触，并且其表面的超疏水结构中所含的空气可以大大增加固体的浮力，加上有些超疏水膜本生是疏水材料，极难溶于水，因此超疏水表面能够明显降低水流的摩擦阻力。

4防冰抑霜的应用

表面超疏水的金属基体之所以防冰霜是由于以下四个因素：

（1）接触角越大，结霜时的热力学势垒越大，活化率越低，水珠的液核难以生成，导致了初始水珠的出现变慢；

（2）接触角越大，生成的水珠的曲

率半径越小，水珠表面的饱和气压越高，水珠生长的缓慢；（3）接触角越大，生成的水珠越容易合并长大，液滴高度越高，离冷面越远，与冷表面的接触面积越小，减缓了换热过程，水珠不容易冻结。

（4）接触角越大，滚动角越小，水珠与固体表面的黏附力越小，容易在自身重力或风力等外在作用力的作用下掉落。

实际应用中，可以将卫星天线最外层的保护层制备为具有超疏水性能的膜层，这样就能大大减少雨雪的附着，从而保证通讯信号不受雨雪的干扰。

5.油水分离的应用

20℃的室温下纯水的表面张力为72.8mN/m，他是同等温度下油等有机物表面张力的2~3倍如果某种材料的表面自由能介于二者之间，那么该材料就会具有超疏水超亲油的独特性能。

例如，Feng等已经利用一种PTFE做为涂层。

当该材料涂到铜网上时，铜网便能将水和油分离；由于网面的超疏水性水滴不能穿透该铜网，然而，油滴在240ms内能轻易的穿过该网。

因此，预计这种网可选择性的过滤掉油水混合物中的油。

6相应开关方面的应用

某些金属基体表面的润湿状态可以通过外界的刺激发生转换，甚至从超疏水转变为超亲油状态，就像被某个开关控制着一样，根据这些金属及其化合物的表面润湿转换特性可以研制出相应的智能响应开关。

比如用氧化锌所制成的薄膜就具有润湿装换特性，起开关作用的外界刺激时紫外线的照射，该薄膜本身呈疏水性但是经紫外线照射后会变为亲水性，只要将其置于暗室中避光7天，该薄膜原本的疏水性就能

恢复过来，这是Li等人于2005年报道的有关超疏水表面作为响应开关的发现。

Yu等人则是发现自行设计的金簇表面会因溶液的酸碱度而发生表面润湿状态的改变，当材料处于酸性或中性溶液中时，其表面呈超疏水性，尤其是PH=1时，水滴在表面的接触角最大为154，但是材料表面对水滴的静态接触角会因会随溶液的 PH的增大而减小，当PH=13时表面不仅不再疏水反而转变为超亲水状态。

接触角达到0

7微型水上运输器的应用

虽然大多数金属的密度都大与水，只能凭借增大体积来漂浮与水面上，但是表面超疏水的金属材料，则无需改变自身形状就能轻易浮在水面上，这是因为超疏水表面的微纳二结构中填充着大量的空气每一个含空气的凹槽就像是一个小气球正是由于大量的小气球的托浮才使金属材料可以排开更多谁的体积，受到更大的浮力支撑。

姚同杰就将自己制备的超疏水铜片放入水中测试浮力，结果发现铜片总是浮在水面上，即使被镊子戳入水底，一旦移开镊子它就会立即重新浮在水面上，并且相较于普通铜片，表面超疏水的铜片其承载能力也得到了提高，承载约自身质量四倍的负重后依然漂浮于水面上而不下沉。

Larmour等人则是在2007年制作了一个特殊的水蝇模型，其六条腿均采用超疏水的铜丝材质，将该模型置于水中后，发现由于铜丝的超疏水性该模型可以平稳的漂浮在水面上。

8.超双疏特性

由于水的表面张力通常情况下约为72mN/m，而油和大多数有机溶剂的表面张力比水要底很多，因此超疏水表面并不一定疏油或有机溶剂。

近年来一些科研人员构建了一些超双疏特性的表面。

研究人员分别在各类集体上构建超疏水超疏油性膜。

Wang等采用氩气等离子粗糙化光滑薄膜后氟化处理，也获得了超疏水表面。

研究表明在织物表面构建适宜的结构及涂覆低表面能化合物，就可

以对极性和非极性液体具有广泛的疏离性。

Wu等采用电镀工艺制备的表面对诸如水，食用油，硅树脂，十六烷等均具有疏离性。

同时电溅射沉积和化学沉积等表面处理技术也被应用于制备超双疏表面。

超疏水表面的这些超疏液特性使其在定量分析以及有机液体的吸附与解吸等方面都体现出了比普通材料更优异的性能，超疏水超亲油的薄膜还可以方便的用于油水分离。

9.透明和减反射超疏水涂层

透明超疏水层应用于建筑物和眼睛以及电子仪器的光学窗口等等。

为了在同以表面达到透明和超疏水性其粗糙度的尺寸小于可见光的波长长度（大约380--760纳米）。

该涂层由于具有减反射性由此增加了透明度。

该减反射涂层应用在太阳能电池表面上，提高了太阳能电池的性能。

该涂层从紫外到近红外的范围内降低了太阳能电池的近 10%的反射率，使输出功率提高了近17%。

该涂层的超疏水性能进一步减少了水分的吸收有助于保持其减反射性能。

10.电池与燃料电池应用

对于电池刺痛来说，超疏水材料的引入为他们的持久性和效能问题的解决带来了光明。

Lifton等已开发出基于超疏水纳米结构材料的新的电池体系机构。

电池的两个电极形成于经超疏水涂层修饰的硅材料上，这样便有效的将液体电解质从活性电极材料上分离从而防止了反应的发生，从而电池的保质期得到延长。

当电池被激活产生能量时，电润湿现象将改变超疏水电极上液体电解质的润湿情况，使其透过电极，启动电池反应。

燃料电池系统中，超疏水材料通过排斥电极反应中生成的水促进水从电极中移出，从而改善燃料电池系统中的物质输运。

11.超疏水织物

超疏水织物不仅需要优良的防水性，也应该具有生物相容性，无毒和舒适的特点。

一种尝试制备超疏水纺织物的途径是编织具有微纳结构的低表面能织物。

例如，Ma等已经通过电纺丝技术制备了聚己内酯和苯乙烯-二甲基硅氧烷的嵌段共聚物纤维。

该织物表面的润湿性能可通过纤维的直径来轻易的进行调整。

12.抗生物污损

生物污损指微生物，植物藻类以及水下生活的动物对船舶外壳的不良粘附。

相较于在一天内就显现出污垢的普通基底，对于已浸没数星期的超疏水表面，几乎无微生物附着。