亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        超疏水表面的制備方法及其在防冰凍中的應(yīng)用研究

        2019-03-25 08:21:24王科漉
        中國科技縱橫 2019年3期
        關(guān)鍵詞:潤濕性

        王科漉

        摘 要:超疏水表面有著廣泛的應(yīng)用前景。本文主要介紹了仿生材料超疏水表面的基本理論,綜述了超疏水表面的主要研究進(jìn)展和常用制備方法,并介紹了超疏水材料在防冰凍中的應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:超疏水表面;潤濕性;微/納米結(jié)構(gòu);防冰凍

        中圖分類號(hào):TG174.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2019)03-0213-02

        0 引言

        自然界中有很多動(dòng)植物通過漫長的進(jìn)化過程,其表面具有超疏水性和自清潔性等性質(zhì),例如在水面自由移動(dòng)的水蛭、池塘“水上漂”的水蜘蛛(水黽)、出淤泥而不染的荷葉。對(duì)于上述這些動(dòng)植物的研究,使人們對(duì)于超疏水表面的認(rèn)識(shí)逐漸深入,這對(duì)于制備仿生材料具有很好的意義。

        仿生材料在生活和工業(yè)方面有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,比如超疏水性。我們可以在輸電線采用仿“荷葉”的超疏水表面,雨雪天時(shí)超疏水表面的水滴將形成水珠狀,導(dǎo)致水滴與固體的表面具有很小的接觸面積,從而使電線的表面與水滴兩者之間的粘合強(qiáng)度減弱,且容易脫落,這樣就可以有效地降低和預(yù)防凍雨災(zāi)害。超疏水表面也可以應(yīng)用在飛機(jī)表面,可以降低飛機(jī)表面的結(jié)冰的厚度與強(qiáng)度,并且易于去除脫落,這將有助于解決飛機(jī)結(jié)冰這一影響飛機(jī)飛行安全的突出問題。超疏水材料前景廣闊、應(yīng)用廣泛,有著巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。但是由于其中的關(guān)于超疏水防冰的內(nèi)在機(jī)理尚不明確,其爭(zhēng)議也很多。另外,由于目前超疏水材料的制備大都在實(shí)驗(yàn)室完成,缺乏實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用。本文綜述了超疏水表面的基本理論、主要研究方法以及在防冰凍領(lǐng)域的主要應(yīng)用。

        1 超疏水表面的基本理論

        決定超疏水表面性質(zhì)的重要因素是固體表面的潤濕性,它是指當(dāng)兩種互不相溶液體和固體的表面接觸,即一種液態(tài)物質(zhì)在一種固態(tài)物質(zhì)表面鋪展的傾向性或能力,衡量潤濕性的參數(shù)有接觸角和滾動(dòng)角等等。

        1.1 接觸角

        接觸角(Contact Angle,θ)是表征材料表面浸潤性的主要特征量,表示將液體滴于固體表面上,如圖1所示。接觸角θ的計(jì)算方式是楊氏方程,是固-液-氣三相點(diǎn)的表面張力平衡方程:

        式中,γSG、γSL、和γLG分別是指固-氣、固-液、液-氣接觸面的表面張力。當(dāng)θ>150°且液體為水時(shí),相應(yīng)的表面為超疏水性表面。而楊氏方程是基于一種理想狀態(tài)下的。而真實(shí)的固體表面并不是一個(gè)絕對(duì)光滑的,是粗糙不平的,同時(shí)組成固體的化學(xué)成分也有可能不盡均一,所以真實(shí)表面的接觸角并不唯一,而是存在著一個(gè)范圍。

        1.2 滾動(dòng)角

        衡量表面潤濕性能的另一個(gè)的重要參數(shù)是滾動(dòng)角。傾斜的固體表面時(shí),放置在固體表面上的液滴恰好開始滾動(dòng)的最小固體表面傾斜角稱為滾動(dòng)角(Tilt angle),如圖2所示。當(dāng)液滴向固體表面滴加時(shí),液態(tài)的物質(zhì)與固態(tài)的物質(zhì)之間的接觸面變開啟了擴(kuò)展,此時(shí)臨界接觸角為前進(jìn)角θa;反之抽出液體,當(dāng)液體與固體之間的接觸面開始收縮的臨界接觸角為后退角θr。前進(jìn)角和后退角之間的差別稱為接觸角滯后,兩者的差值叫做滾動(dòng)角。一般來說,接觸角越大、滾動(dòng)角越小,液體就越容易在固體表面滾動(dòng)。

        2 超疏水表面的制備方法

        固體表面的浸潤性主要由兩個(gè)因素決定:表面的粗糙程度和表面能。超疏水表面的制備原則是將兩者有機(jī)結(jié)合,或賦予低表面能物質(zhì)表面適當(dāng)?shù)拇植诮Y(jié)構(gòu),或?qū)Υ植诒砻孢M(jìn)行表面改性以降低表面能。目前已經(jīng)有多種超疏水粗糙表面的制備方法,根據(jù)其制備的粗糙表面的原理通??梢苑譃椤白缘紫蛏稀焙汀白皂斚蛳隆眱纱箢?。

        2.1 “自底向上”超疏水表面的制備方法

        這種辦法一般利用基底生長、基底自組裝、化學(xué)物質(zhì)的氣相沉積等技術(shù),得到表面粗糙度不均勻,比使用性的涂層需求的大面積需求的材料。不同涂層的制備方法如下簡要概括。

        2.1.1 溶膠-凝膠法

        溶膠-凝膠法是以顆粒相互凝結(jié)且分解出不同粒徑的微粒(如微納米級(jí)別的二氧化硅、二氧化鈦等)的化學(xué)物質(zhì)作為前驅(qū)物質(zhì),在前驅(qū)物質(zhì)呈現(xiàn)液相的狀態(tài)下,進(jìn)行水解和縮合反應(yīng),可以得到粒徑不一樣的微粒,在溶液中慢慢形成了穩(wěn)定的溶膠體系,形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)下的凝膠。而凝膠經(jīng)過燒結(jié)固化以后,可以在表面上構(gòu)造各種各樣的粗糙結(jié)構(gòu)。我國科學(xué)家曲愛蘭等[1]通過以正硅酸乙酯為前驅(qū),用溶膠-凝膠法最終得到涂層微超疏水涂層。

        2.1.2 電化學(xué)沉積

        電化學(xué)沉積是使用“電鍍”或“沉積”以在材料表面上產(chǎn)生微納米粗糙度。因?yàn)樗皇芑牡男螤詈统叽绲南拗?,所以它是更常用的超疏水生產(chǎn)方法。張希等[2]將逐層自組裝的技術(shù)和電化學(xué)的沉積過程的技術(shù)相結(jié)合,將金顆粒沉積在與聚電解質(zhì)組裝的氧化銦錫電極表面上。在樹枝狀的聚集體的致密表面上用十二烷基硫醇進(jìn)行疏水處理,可以得到水接觸角高達(dá)156°,而且滯后很小,滾動(dòng)角僅為1.5°。

        2.2 “自頂向下”超疏水表面的制備方法

        這些方法適于制作有規(guī)則或有特定圖形的超疏水粗糙表面,比如光刻法、刻蝕法等。使用“自頂向下”的辦法能夠控制所獲取目標(biāo)的表面結(jié)構(gòu),但是由于實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)設(shè)備比較復(fù)雜,目前還不能用于大面積的制作使用。

        2.2.1 光刻法

        通過掩膜設(shè)計(jì)圖案及其隨后的同向,各向異性刻蝕等,可以在硅晶片上直接刻蝕所需圖案,并且可以控制刻蝕厚度等。哈佛大學(xué)的Lidiya Mishchenko等[3]化學(xué)改性后,得到具有良好性能的超疏水表面。這些表面在模擬自然結(jié)冰環(huán)境(0攝氏度水滴和-10攝氏度基板硅片)中,與親水硅片、疏水硅片的防冰測(cè)試證實(shí),具有超疏水界面的硅片更難以凍結(jié)。圖3中的最右側(cè)為用硅片的基片光刻成的超疏水表面,包括四種圖案(柱形、磚形、條形、蜂窩狀)。

        2.2.2 刻蝕法

        刻蝕技術(shù)是制備超疏水表面粗糙結(jié)構(gòu)的常用方法,并且是指通過物理或化學(xué)的方法將刻蝕到微粗糙表面的過程。激光刻蝕、化學(xué)刻蝕、等離子刻蝕是幾種常用的微刻蝕方法。McCarthy等[4]雕刻方法可以對(duì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行更精確的操作和設(shè)計(jì),從而調(diào)節(jié)表面的疏水性,但成本高,不適合大面積制備。

        除了“自上向下”和“自下向上”兩種類型的超疏水防冰涂層在材料表面的內(nèi)外,還有機(jī)械拉伸,防凍蛋白比如科研人員在自然界極冷地區(qū)發(fā)現(xiàn)一些動(dòng)植物體內(nèi)含有能抵御寒冷的抗凍蛋白質(zhì)(AFP,Antifreeze proteins),美國伯克利大學(xué)的Aaron P.Esser-Kahn等[5]通過實(shí)驗(yàn)成功將防凍蛋白附著在玻璃基片上,取得了良好的防冰效果。

        3 超疏水表面在防冰凍中的應(yīng)用

        在固體表面上,水汽的不均勻凝結(jié)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)霧現(xiàn)象。這種現(xiàn)象主要是因?yàn)橛晒饩€散射的光引起的?;蛘邿o法出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象,就可以高效的防止在固體表面出現(xiàn)起霧的現(xiàn)象。下面是一些超疏水表面在防冰凍中的應(yīng)用進(jìn)展。王國剛等[6]得到超疏水表面,具有165°高接觸角和5°低滾動(dòng)角。這種制備的超疏水表面顯著降低了冰涂層的速率和冰涂層的量。

        4 總結(jié)與展望

        本文介紹了仿生材料超疏水基本理論,并簡要介紹了接觸角和滾動(dòng)角的概念。通過對(duì) “自底向上”(溶膠凝膠法、模板法和電化學(xué)沉積法)和“自頂向下”(光刻法和刻蝕法)的兩大類超疏水表面制備方法的介紹,以及相關(guān)科學(xué)家進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明,具有大接觸角和小滾動(dòng)角的超疏水表面的材料在低溫時(shí)可以有效地降低結(jié)冰的速率與粘合強(qiáng)度,從而達(dá)到防冰凍的應(yīng)用。

        目前中國的超疏水材料研究水平屬于世界前列,如果我國能夠在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)超疏水材料方面有突破性的發(fā)展,這將對(duì)我國破除外國勢(shì)力對(duì)中國的技術(shù)封鎖、實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 曲愛蘭,文秀芳,皮丕輝,等.復(fù)合SiO2粒子涂膜表面的超疏水性研究[J].無機(jī)材料學(xué)報(bào),2008,23(2):373-378.

        [2] Zhang X, Shi F, Li X, et al. Polyelectrolyte Multilayer as Matrix for Electrochemical Deposition of Gold Clusters:? Toward Super-Hydrophobic Surface, J. Am. Chem. Soc.,2004, 126:3064-3065.

        [3] Lidiya M, Benjamin H, et al. Design of Ice-free Nanostructured Surfaces Based on Repulsion of Impacting Water Droplets[J]. ACS nano,2010,4(12):7699-7707.

        [4] Chen W, Fadeev A Y, McCarthy T J, et al. Ultrahydrophobic and Ultralyophobic Surfaces: Some Comments and Examples, Langmuir,1999,15:3395-3399.

        [5] Aaron P, Esser-Kahn, Vivian T, et al Incorporation of Antifreeze Proteins into Polymer Coatings Using Site-SelectiveBioconjugation[J]. J. Am. Chem. Soc.2010,132:13264-13269.

        [6] 王國剛,孫誠,陳良水,張小松,顧忠澤.基于分級(jí)結(jié)構(gòu)超疏水表面的防冰凍性能初探[C]//中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì),2008.

        猜你喜歡
        潤濕性
        調(diào)控ZnIn2S4/Bi2O3 S型異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)和潤濕性增強(qiáng)光催化析氫
        分子動(dòng)力學(xué)模擬研究方解石表面潤濕性反轉(zhuǎn)機(jī)理
        表面活性劑吸附改變親油巖石潤濕性的微觀機(jī)理研究
        界面潤濕性對(duì)石墨烯流固摩擦能量輸出的影響
        等離子體對(duì)老化義齒基托樹脂表面潤濕性和粘接性的影響
        預(yù)潤濕對(duì)管道潤濕性的影響
        低聚季銨鹽對(duì)聚驅(qū)采出水包油乳狀液破乳機(jī)理
        無機(jī)鹽對(duì)氣藏砂巖表面動(dòng)態(tài)潤濕性的影響研究
        利用表面電勢(shì)表征砂巖儲(chǔ)層巖石表面潤濕性
        網(wǎng)狀陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備方法與存在問題
        国产精品11p| 中文字幕人妻在线中字| 亚洲av免费不卡在线观看| 青春草在线视频观看| 中文字幕+乱码+中文字幕一区| 国产精品公开免费视频| 久久久久久久久国内精品影视| 久久99免费精品国产 | 丰满少妇一区二区三区专区| 喷水白浆视频在线观看| 玩中年熟妇让你爽视频| 亚洲欲色欲香天天综合网| 日本女优中文字幕看片| 人妻有码中文字幕在线 | 把女邻居弄到潮喷的性经历| 国产啪精品视频网站丝袜| 97国产精品麻豆性色| 国产最新女主播福利在线观看| 亚洲av无码专区在线播放中文| YW亚洲AV无码乱码在线观看| 蜜桃人妻午夜精品一区二区三区 | 亚洲不卡av二区三区四区| 久久久亚洲欧洲日产国码aⅴ| 激情久久av一区av二区av三区 | 国产自产21区激情综合一区| 国产精品三区四区亚洲av| 国产一区二区女内射| 亚洲aⅴ无码成人网站国产app| 91免费国产| 日本久久精品福利视频| 特级毛片a级毛片100免费播放| 色婷婷综合激情| 一区二区三区成人av| 国产精品无码素人福利| 厨房玩丰满人妻hd完整版视频| 国产又粗又猛又黄色呦呦| 国产av精品麻豆网址| 国产午夜精品一区二区三区软件 | 久久久天堂国产精品女人| 亚洲欧洲日韩另类自拍| 亚洲一区二区三区视频免费|