第六章疏水材料--超疏水

Supperrepellentmaterial第六章疏水材料--超疏水1WettabilityYoung’sequation:cosθ=(γSV

–γSL)/γLV

Hydrophobic:θ?90°

;Hydrophilic：θ?90°.

Wettabilityisafundamentalpropertyofmaterialsurfaces第六章疏水材料--超疏水

Watercontactangle(WCA)largerthan150°andextremelylowWCAhysteresisorslidingangle

lessthan10°.Superhydrophobicity第六章疏水材料--超疏水Slidinganglemg(sinα)/ω=γ(cosθa-cosθr)θa–Advancingcontactangle,θr–Recedingcontactangle,m-Thequalityofwaterdrop，g-Accelerationofgravity，ω-Diameterofwaterdrop，γ-SurfaceEnergyofwaterdrop。m，g，ω，γ

areconstant，then：sinα∝cosθa–cosθr.第六章疏水材料--超疏水Awidespectrumofapplications第六章疏水材料--超疏水soy

sauce第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水Watercollector

inthedesert第六章疏水材料--超疏水

第六章疏水材料--超疏水AntifoulingcoatingTheundesirableaccumulationofmicroorganisms,plants,andanimalsonartificialsurfacesimmersedinseawater.Highfrictionalresistanceandfuelconsumption,duetogeneratedroughness,Deteriorationofthecoatingsothatcorrosion,discolouration,andalterationoftheelectricalconductivityofthematerialarefavoured.第六章疏水材料--超疏水

Lowsurfaceenergycoating

formitigatingmarinebiologicalfouling

Antifoulingcoating第六章疏水材料--超疏水Dragreduction第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水Self-cleaning

materials第六章疏水材料--超疏水Antifrost第六章疏水材料--超疏水Antifoggingsurfaces第六章疏水材料--超疏水局部放大Oil?waterseparation第六章疏水材料--超疏水

Supperrepellentmaterialin

nature第六章疏水材料--超疏水出淤泥而不染，濯清漣而不妖。--宋.周敦頤《愛蓮說》第六章疏水材料--超疏水

超疏水的荷葉和表面結構（a)球形的水滴滴在荷葉表面（b)荷葉表面大面積的微結構（c)荷葉表面單個乳突（d）荷葉表面的納米結構Lotuseffect第六章疏水材料--超疏水Cicada'swings蟬翼表面由規則排列的納米柱狀結構組成．納米柱的直徑大約在80nm，納米柱的間距大約在180nm．規則排列納米突起所構建的粗糙度使其表面穩定吸附了一層空氣膜，誘導了其超疏水的性質，從而確保了自清潔功能。第六章疏水材料--超疏水Butterflywings第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水2、ThetheoreticsofSupperrepellentmaterialWettabilityCassiemodelWenzelmodelYoung’sequation第六章疏水材料--超疏水Forsmooth,flat,uniformsolidsurface,therelationshipbetweencontactangleandsurfaceenergycanbedescribedbyYong’sequation

(ThomasYoung,1805)

:

cosθ=(γSV–γSL)/γLV

Interfacialtension:γSV

、

γSL、γLV

Yong’sequation第六章疏水材料--超疏水

HydrophobicsurfaceThesurfacefreeenergyofmaterialsisrelatedtothespeciesandtheconcentrationofthefunctionalsurfacegroups第六章疏水材料--超疏水FunctionalsurfaceHydrophilicgroups:—OH、—CHO、

—COOH、—NH2Hydrophobicgroups：

—CnH2n+1、

—CH=CH2、

—C6H5、—X、—NO2

—CF3第六章疏水材料--超疏水FluorinatedpolymerCH2(36dyncm-1)>CH3(30dyncm-1)>CF2(23dyncm-1)>CF3(15dyncm-1)

ThereasonofchoosingfluorosiliconeLowsurfaceenergyandhighsurface-activeofCF3groupImprovestheadhesionandcompatibility第六章疏水材料--超疏水self-assembly

第六章疏水材料--超疏水Forsmooth,flat,uniformsolidsurface,thehighestcontactangleisonly119o。第六章疏水材料--超疏水Realsolidsurfacewithconcave-convexstructureWenzel

modelCassie

model第六章疏水材料--超疏水Cosθ*==rCOSθWenzel

model：第六章疏水材料--超疏水Cosθ*==rCOSθProviding

θ=110o，ifr>0.53，

θ*willbelargerthan

150oWenzel

model第六章疏水材料--超疏水Cassiemodel第六章疏水材料--超疏水Cosθ’=fcosθ+(1-f)cos180°

=fcosθ+f-1Areafractionf=Σa/Σ(a+b)let’sassumethatθ=110o，iff

islessthan0.2,θ’

willbelargerthan150o.Cassie

modelProvidingCAbetweenliqiudandairis180°第六章疏水材料--超疏水PANNanofibermaterial第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水Self-cleaningeffectDirt第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水RougheningahydrophobicmaterialFabrication3、ThefabricationofSupperrepellentsurfaceModifyingaroughsurface’schemicalcomponents第六章疏水材料--超疏水TurningaSurfaceSuper-RepellentEventoCompletelyWettingLiquids

Tingyi“Leo”Liu,etal.,Science,vol.346,pp.1096-1100,2014.第六章疏水材料--超疏水Templatemethod第六章疏水材料--超疏水Etching第六章疏水材料--超疏水

McCarthy等在聚四氟乙烯(PTFE)存在下,用射頻等離子體刻蝕聚丙烯(PP)制備出粗糙表面。表面與水的前進角/后退角可達θA/θR=172/169°。

利用射頻等離子體刻蝕法在不同刻蝕時間得到的聚丙烯掃描電子形貌圖:(a)0min,(b)30min,(c)60min,(d)90min,(e)120min,(f)180min第六章疏水材料--超疏水Chen等利用納米球刻蝕的方法首先得到了排列整齊的單層聚苯乙烯(PS)納米珠陣列,再用氧等離子體處理以進一步減小納米珠的尺寸從而得到粗糙表面。在其表面覆蓋20nm厚的金膜并用十八硫醇(ODT)進行修飾可以增強其疏水性。通過調整PS納米珠的直徑(440-190nm)可以控制表面接觸角的大小(132-168°)。

氧等離子體處理后的超疏水PS納米珠陣列表面第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水Chemicalvapor

deposition江雷等利用化學氣相沉積法(CVD)在石英基底上制備了各種圖案結構的陣列碳納米管膜,結果表明,水在這些膜表面的接觸角都大于160°,滾動角都小于5°,納米結構與微米結構在表面的階層排列被認為是產生這種高接觸角、低滾動角的原因。第六章疏水材料--超疏水4ResearchplanInordertofabricatesuperhydrophobicorsuperhydrophilicsurfacesbasedonsub-micronstructures,

IthinkmyresearchinUWcanbedividedintothreestages.第六章疏水材料--超疏水Firstly,

thefabricationofartificialstructuredsurface.Severalartificialstructuredsurfaceshavebeendisgined.Ifthese

nanopillarandmushroomshapednanopillarsarraywithpieceof10mm×10mmcanbepreparedbyelectroplatecopperornickelnanopillars?第六章疏水材料--超疏水第六章疏水材料--超疏水Secondly,modifyitscomponentsbysurfacefluorination.第六章疏水材料--超疏水Lastly,thefabricationofhierarchicalstructures.Ifthepropertyofabovestructuredsurfaceaftersurfacefluorinationcannotmeetsuperhydrophobicorsuperhydrophilicrequirement,Iwillincreasesurfaceroughnessbypreparinghierarchicalstructuresonaboveartificialstructuredsurface.