什么是超疏水材料？原理是？應用一覽

1.超疏水材料

“超疏水”從字面理解來看是指對水具備極端排斥性，科學解釋來看，疏水材料表面接觸角θ>90°時液體對固體表面呈現出不潤濕性的現象，而將材料表面的穩定接觸角θ>150°，滾動接觸角α<10°時的這類材料為超疏水材料。

2. 超疏水原理

固體表面的潤濕性主要影響因素是其表面的化學組成和表面微觀結構。我們一般用接觸角θ來表現液相和固相的潤濕性：θ<90°則稱該材料表現為不疏水，可潤濕;θ>90°稱材料表現為可疏水，不潤濕;θ=90°為材料可潤濕和不潤濕的臨界條件。

超疏水現象可用表面潤濕理論進行解釋，表面潤濕理論主要有Young方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型以及滾動角等。Young方程是一種理想的模型，而Wenzel模型和Cassie-Baxter模型是Young方程的后續完善，主要闡述了表面結構對表面潤濕行為的影響。滾動角則反映接觸角的滯后現象，與前進角和后退角的差值相等。另外，研究表明Wenzel模型與Cassie-Baxter模型可能同時存在，也可以在動態過程中相互轉換。

3.超疏水材料的應用

(1)金屬防腐

近年來，超疏水涂料已廣泛用于如鋁、銅、鐵、鈦、鋅、合金和鋼等各種金屬基材的表面改性上，以增強它們的耐腐蝕性。Liu等通過將鎂合金浸泡在氟硅烷溶液中，制備了穩定的超疏水涂層，改善了合金的耐腐蝕性。Xu等氟硅烷處理鎂合金，獲得耐腐蝕的超疏水表面。Ishizaki等%6呸報導了有關變色超疏水鎂合金的制備方法，在純水中具有更好的耐腐蝕性和阻尼性能。

(2)防覆冰

近年來，受生物材料表面疏水性啟發，人造超疏水表面開始應用于防覆冰，疏水表面在防覆冰領域應用的優勢在于優異的拒水性能，可延遲濕雪、冰或霜在基材表面的積聚和粘附，可有效緩解結冰(覆冰)問題。

(3)自清潔

自清潔表面是指表面的污染物或灰塵在重力、雨水、風力或太陽能等自然外力的作用下能夠自動脫落或被降解的一種功能性表面。在過去的十幾年中，己經開發出各種各樣的自清潔涂料，在工業、農業中具有很大的應用前景，特別是戶外玻璃和外墻。超疏水表面的自清潔，類似于荷葉的自清潔現象，它們可以在液滴滾走時帶走基材表面的灰塵、顆粒等物質，例如鯊魚皮和領航鯨皮，二氧化鈦涂層的自潔玻璃已被我國國家歌劇院使用。

(4)防水織物

紡織品防水也是超疏水在日常生活中的主要應用，有超疏水涂層的紡織品可以用于防水服中，避免其免受水滴的潤濕。在過去的基礎研究和工業應用中，具有特殊潤濕性的多功能織物也引起人們的廣泛興趣，人工防水織物除了具有超疏水性，還具有油水分離、自清潔、抗菌、自修復等綜合性能。

(5)油水分離

由于工業含油廢水和石油泄漏等意外事故的增加，分離油水混合物是世界最具挑戰性的研究課題之一，環境問題和經濟需求對功能化膜分離油水混合物提出了更高的要求。用于油水分離的傳統方法有浮選、離心和過濾，然而，這些操作過程是非常復雜和耗時的。近年來，表面具有特殊浸潤性能的材料以其高分離效率引起廣泛關注，越來越多的超疏水/超親油織物、膜等二維材料和海綿等三維網格材料被應用于油水分離。

(6)其他應用

超疏水表面還有一些重要應用，例如用于防霧，鏡子、玻璃和其他基材表面都易結霧，給日常生活和工業應用造成各種困難，還可用于抗污和防垢，在海洋船體涂料上有重要應用，在醫療領域可用于藥物釋放、自清潔和牙科治療。

以上梳理了超疏水材料的定義、原理及應用，希望對你有所幫助，如果你想了解更多相關內容，敬請關注三個皮匠報告的行業知識欄目。

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