超疏油表面研究进展_卢晟.pdf

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1、超疏油表面研究进展／卢晟等·１３·超疏油表面研究进展＊卢晟，李梅（上海交通大学化学化工学院，上海２００２４０）摘要由于油类液体的表面张力很低，超疏水表面对于低表面张力液体很难保持疏液性能，超疏油表面的制备已经成为相关领域的研究热点。综述了表面润湿性的基本理论和几何构建的影响因素，利用“多重凹形（Ｒｅ－ｅｎ－ｔｒａｎｔ）”结构或“悬臂”结构制备超疏液表面的原理，以及超疏油表面常用的制备方法，并且简单介绍了水下疏油材料，展望了其发展趋势以及应用前景。关键词超疏油几何构建表面张力接触角中图分类号：Ｏ６４７文献标识码：ＡＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＳｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃＳｕｒｆ

2、ａｃｅＬＵＳｈｅｎｇ，ＬＩＭｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏＴｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０）ＡｂｓｔｒａｃｔＢｅｃａｕｓｅｏｆｌｏｗｓｕｒｆａｃｅｓｔｅｎｓｉｏｎｌｉｑｕｉｄｓｕｃｈａｓｏｉｌ，ｓｕｐｅｒｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓｈａｒｄｌｙｍａｉｎｔａｉｎｉｔｓｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅｆｏｒｌｏｗｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎｌｉｑｕｉｄ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｈｏｔｓｐｏｔｉｎｒｅｓ

3、ｅａｒｃｈｆｉｅｌｄ．Ａｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｉｅｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅｓｏｆｌｙｏｐｈｏｂｉｃｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈ“ｒｅ－ｅｎｔｒａｎｔ”ｏｒ“ｏｖｅｒｈａｎｇｉｎｇ”ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ．Ｖａｒｉｏｕｓｍｅｔｈｏｄｏｆｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｐｅｒｏ－ｌｅｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｓｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃｓｕｒｆａｃｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｉｓａｌｓｏｒ

4、ｅｐｏｒｔｅｄ．Ｔｈｅｌａｔｅｓｔｔｒｅｎｄｓａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉ－ｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｓｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｕｐｅｒｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ，ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｒｆａｃｅｔｅｎｓｉｏｎ，ｃｏｎｔａｃｔａｎｇｌｅ９０°，则该表面的表面能γＳＧ需要小于６ｍＮ／ｍ。作为低表面０引言［９］能材料的代表，Ｔｅｆｌｏｎ的表面能γＬＧ大约为１８．５ｍＮ／ｍ，液体在固体表面的润湿性在催化、润滑、防水、生物医疗利用该材料制备得到的理想光滑平坦表面也无法具有对低材料等领域中

5、具有重要应用。近年来，具有特殊润湿性的材表面能液体相疏的性能，必须通过构筑复合结构，以进一步料引起研究者的广泛关注。利用低表面能物质和微纳米复提高其疏液性能。合微观结构制得的超疏水材料，与水的粘附作用较弱，并且自然界中的荷叶具有“荷叶效应（Ｌｏｔｕｓｅｆｆｅｃｔ）”，是一种两者的真实接触面积远小于表观接触面积。这些特性使得最常被提及的超疏水表面。当人们对荷叶进行深入研究时超疏水材料在自清洁、油水分离、抗结霜、微流体减阻等［１－６］［１０］却发现，覆盖在荷叶类表面的蜡物质是亲水性的，水在其领域都有着广阔的应用前景。理想光滑平坦表面润湿性的平坦表面的接触角约为７４°。这是因

6、为除了材料表面自由理论基础是Ｙｏｕｎｇ′ｓ［７］方程：能，材料的微观结构也影响了其润湿性能。近年来国内对于γ特殊润湿性表面的研究也越来越多，例如，江雷等［１１］对蜘蛛ＳＧ＝γＳＬ＋γＬＧｃｏｓθｅ（１）式中：γＳＧ、γＳＬ、γＬＧ分别是固气、固液、液气界面张力，θｅ为材料丝的结构和性能进行了研究，并通过人工纤维对其结构进行的本征接触角。而γ也可以由式（２）表示［８］：［１２］ＳＬ了复制，获得了方向性收集水珠的能力；刘维民等在钛表γＳＬ＝γＳＧ＋γＬＧ－２槡γＬＧγＳＧ（２）面利用原位热液合成的方法制得钛酸钙纳米片结构，并在其则Ｙｏｕｎｇ′ｓ方程可以变形为：表面覆盖有机硅

7、，通过调控反应条件实现了超亲水和超疏水的转换；张希等［１３］采用两步模板复制的方法，用２，２，４－三氟２槡γＬＧγＳＧ－γＬＧｃｏｓθｅ＝（３）γＬＧ甲氧基－１，３－间二氧杂环戊烯和四氟乙烯的共聚物复制了荷根据式（３），如果在理想光滑平坦表面上水的接触角大叶或水稻叶的表面结构，同时获得了超疏水性能。本课题组于９０°，那么要求该表面的表面能γ小于２０ｍＮ／ｍ；如果要也在超疏水表面的研究方面做了一些工作［１４－１７］，如通过控制ＳＧ使得烷烃类液体（表面能γＬＧ为２０～３０ｍＮ／ｍ）接触角大于在锌片表面化学液相沉积时间，成功地在其表面构建出不同