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1、超疏水材料超疏水的概念表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述。超疏水表面是指与水的接触角大于150°，而滚动角小于10°的表面。接触角通常是用接触角测定仪来获得。静态接触角：越大越好滚动角：越小越好疏水性的表征量滚动角（SA）：滚动角是指液滴在倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表面与水平面所形成的临界角度。等于前进角和后退角之差。前进角：液固界面取代气固界面后形成的接触角叫做前进角；后退角：气固界面取代液固界面后形成的接触角叫做后退角。接触角和滚动角接触角的滞后性真实固体表面在一定程度上或者粗糙不平或者化学组成不均一,这就使得实际物体表面上的接触角并非如Yo
2、ung方程所预示的取值唯一。而是在相对稳定的两个角度之间变化,这种现象被称为接触角滞后现象,上限为前进接触角θa,下限为后退接触角θr,二者差Δθ=θa－θr定义为接触角滞后性。不同表面水滴接触界面状态自然界的启示自然界不会活性聚合，也不会乳液聚合，却可以有着比任何人工合成材料更好的疏水性能——所谓“超疏水”的生命现象。蝉翼表面的超疏水结构蝉翼表面由规则排列的纳米柱状结构组成．纳米柱的直径大约在80nm，纳米柱的间距大约在180nm．规则排列纳米突起所构建的粗糙度使其表面稳定吸附了一层空气膜，诱导了其超疏水的性质，从而确保了自清洁功能。壁虎的层次结构的脚趾头。脚趾是由成千上
3、万的丝绸和每一个丝绸包含的几百个细微的铲子结构。(a,b)扫描电子显微图和(c)特征的铲子。壁虎脚趾的微观结构超疏水的荷叶和表面结构（a)球形的水滴滴在荷叶表面（b)荷叶表面大面积的微结构（c)荷叶表面单个乳突（d）荷叶表面的纳米结构出淤泥而不染，濯清涟而不妖。--宋.周敦颐《爱莲说》超疏水的荷叶表面通过实验测试，水滴在荷叶表面的接触角和滚动角分别为161.0°±2.7º和2º。这使得荷叶具有了很好的自清洁能力。从上面模型可看出：由于荷叶双微观结构的存在，大量空气储存在这些微小的凹凸之间，使得水珠只与荷叶表面乳突上面的蜡质晶体毛茸相接触，显著减小了水珠与固体表面的接触面积，
4、扩大了水珠与空气的界面，因此液滴不会自动扩展，而保持其球体状，这就是荷叶表面具有超疏水性的原因所在。荷叶表面双微观结构模型超疏水基本理论材料的浸润性是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的,通常以接触角θ表征液体对固体的浸润程度。Cassie方程Wenzel方程Young方程对于光滑、平整、均匀的固体表面,ThomasYoung在1805年提出了接触角与表面能之间的关系,即著名的Young方程:cosθ=(γSV–γSL)/γLV式中:γLV、γSV、γSL分别表示液-气、固-气、固-液界面的表面张力。由于Young方程仅适用于理想中的光滑固体表面,Wenzel和Cass
5、ie对粗糙表面的浸润性进行了研究，并分别各自提出理论假设粗糙表面具有凹槽和凸起结构Wenzel理论Cassie理论液体完全完全渗入到所接触的粗糙表面凹槽中每个凹槽内截有空气，水无法渗透到凹槽内，导致空气滞留在表面凹陷处表面疏水时，增大固体表面的粗糙度能增大表面的疏水性cosθ*=r=Wenzel模型示意图Wenzel模型：粗糙表面的存在，使得实际上固液相的接触面要大于表观几何上观察到的面积，从而对亲(疏)水性产生了增强的作用。=rCOSθ＞1cosθ=fcosθ+(1-f)cos180°=f（cosθ+1）–1f=Σa/Σ(a+b)f为水与固体接触的面积与水滴在固体表面接触
6、的总面积之比Cassie模型示意图Cassie模型：气垫模型(由空气和固体组成的固体界面)固体表面的润湿性能由化学组成和微观结构共同决定：化学组成结构是内因：低表面自由能物质如含硅、含氟可以得到疏水的效果。研究表明，光滑固体表面接触角最大为1200左右。表面几何结构有重要影响：具有微细粗糙结构的表面可以有效的提高疏（亲）水表面的疏（亲）水性能超疏水表面的形成原因一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。制备原理一种是将疏水材料构筑粗糙表面。超疏水表面的制备主要方法模板法等离子体法化学气相沉积法溶胶-凝胶法化学气相沉积法静电纺丝法超疏水表面(材料)制备方法……….1.复制模塑法是指先
7、用一种预聚物A(一般为PDMS,有时也可采用溶液)复制出荷叶等超疏水植物叶片表面微结构；2.固化A并从荷叶表面剥离,得到负型结构的软模板B,然后以此软模板为图形转移元件,将其表面的负型结构转移到其它材料C表面,经过2次复制最终得到与荷叶表面特征相似的仿荷叶微结构。1.模板法模板法也称复制模塑法,自20世纪90年代提出以来已经得到了广泛应用。进入21世纪,复制模塑技术也深入到超疏水表面的制备研究中,尤其是在仿生超疏水表面的复制中有着独特的优势。步骤：复制模塑技术制备仿生超疏水表面的操作示意图模板法2.等离子体法等离子
