粘附性具有可控响应性的智能超疏水表面研究进展-论文.pdf

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1、李杰等：粘附性具有可控响应性的智能超疏水表面研究进展文章编号：1001—9731(2014)增刊(I)一卜O6粘附性具有可控响应性的智能超疏水表面研究进展李杰，刘玉德，高东明，黄雅婷，张会臣。(1．北京工商大学材料与机械工程学院，北京100048；2．大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院，辽宁大连l16026)摘要：具有特殊粘附性的超疏水表面因其广阔的中在合成具有低粘附或高粘附的极端粘附性表面，而应用前景而引起人们的极大关注。讨论了表面形貌和对粘附性响应性方面的研究还比较少。制备粘附性具表面化学组成对超疏水表面粘附性的影响及超疏水表有响应性的智能超疏水材料已经引起广泛关注。如

2、通面粘附性的评价标准，综述了近年来粘附性具有可控过外界环境刺激，来获得能够较大幅度调控表面粘附响应性的超疏水表面的研究进展，并对超疏水表面粘性的超疏水界面材料。此类响应性表面在微流体输附性的研究进行了总结和展望。送、传感器、生物医学和微流控方面具有广泛的应用。关键词：超疏水；粘附性；表面形貌；化学组成；响应本文将探讨超疏水表面粘附性的影响因素和评价标性准，同时对近年来粘附性具有可控响应性的超疏水表中图分类号：O647文献标识码：A面的研究进展进行综述，以期对超疏水表面的研究、制D()I：10．3969／j．issn．1001-9731．2014．增刊(I)．O01备及扩大应用等

3、具有促进作用。1引言2粘附性的影响因素超疏水表面是指基底材料对水的静态接触角>粘附性具有可控响应性的超疏水表面在诸多方面15O。的表面，如自然界中广泛存在的蜻蜓翅膀【、水黾具有广泛的应用前景。如何实现粘附性的可控响应是的腿[2、莲属科叶面[3等，它们均具有超疏水性。大量近年来的研究热点。以往对粘附性的调控主要从表面的研究报道表明，此类超疏水表面是由具有微／纳米多形貌和表面化学成分两方面展开的，如Dong等副以级粗糙表面结合某种低表面能物质(如蜡质晶体)构成聚丙烯为原料，通过改变反应条件制备得到具有不同的]。自从Wenzel和CassieI报道了固体表面粗表面微形貌的超疏水表面，

4、这些表面接触角均可达到糙度对润湿性造成的影响以来，对超疏水表面的制备160。，但其滚动角从低于1。到大于90。不等；Balu等[_1们无论是在理论还是从实践上都取得了长足的进步，制利用等离子体处理纤维表面制备出超疏水表面，通过备技术日臻成熟。目前制备超疏水表面的技术可分成改变等离子体的处理工艺参数，制备得到“粘滞态”和两大类J：(1)在低表面能物质上构建微细粗糙结构；“滚动态”两种粘附性明显差异的超疏水表面；Lai(2)利用低表面能物质修饰具有微细结构的表面。等[2在具有多孔粗糙的TiO表面修饰不同组分的化粘附性能是超疏水表面的一种重要物理特征。自学物质，制备得到的超疏水表面具

5、有明显的粘附性差然生物界中的超疏水表面依据界面对水滴粘附性能的异；王姝瑛等利用静电纺丝工艺制备出放射状聚酰强弱，可分为低粘附表面和高粘附表面。比较熟知的亚胺(PI)纳米纤维膜，研究发现由于PI纳米纤维膜低粘附表面包括具有“荷叶效应”的莲属科叶面、蝉的具有独特的微结构梯度，导致沿着微结构梯度方向水翅膀等，其特殊的自清洁效果主要源于其界面材料滴的接触角(从超疏水到疏水)和粘附性(从低粘附到所具有的低粘附特性使水滴在滚动过程中带走表面上高粘附)均表现出梯度变化的特征。的粉尘杂质。高粘附性表面包括壁虎脚掌、玫瑰花2．1表面形貌对固液界面间粘附性能的影响瓣、花生叶面。等，水滴在这些具有超

6、高粘附性的固体表面形貌是影响固液界面润湿性和粘附性能表面上不易滚落，即使将表面倾斜9O。甚至180。，水滴的重要因素。Wang等Ⅲ2在前人Wenzel和Cassie提依然粘附在这些表面上。随着科研工作者对超疏水表出的超疏水表面水滴润湿状态的基础上，对超疏水状面的进一步研究，发现具有特殊粘附性的超疏水表面态进行了拓展和细化，提出超疏水表面按照粘附性能在流体MEMS_l。。、自清洁表面]、防护减阻等由弱到强的5种状态：Lotus状态、Cassie状态、Cassie—诸多方面具有极为诱人的应用前景。Wenzel过渡态、Wenzel状态以及Gecko状态。5种超目前，对超疏水表面粘附性

7、能方面的研究主要集疏水表面状态的差异主要源于其各自表面微形貌的不*基金项目：国家青年科学基金资助项目(51205o06)；北京市教委科技计划面上资助项目(KM201110011008)收到初稿日期：20131014收到修改稿日期：20131230通讯作者：李杰，Email：lijie19841231@qq．corn作者简介：李杰(1984一)，男，河北遵化人，讲师，博士，从事纳米摩擦学、功能复合材料研究。李杰等：粘附性具有可控响应性的智能超疏水表面研究进展跟封闭性体积的大小有很大关系。封闭气