(安徽理工大學材料科與工程學院 安徽 淮南 232001)

一、介紹

濕潤性是固體表面的一個固有性質(zhì)，濕潤性的大小是由材料表面的微-納米結構和化學成分共同決定的[1]。為了制備出材料表面的微-納米結構，研究者們已經(jīng)有多種辦法。而表面化學成分決定了材料表面的化學能高低，通常高化學能表面是相對親水的，而低化學能表面是相對疏水的。固體表面濕潤性的大小由接觸角界定，大于90°為是疏水表面，小于90°為親水表面，有文獻認為親疏水表面的界定值為65°[2]。小于10°為超親水表面[3]。

固體表面的超親水特性因為其可以使水能夠很好的固體表面延展開，所以在很多領域有很好的應用，如自清潔、除霧、快速干燥、油水分離等。

眾所周知，在光滑的固體表面上，其接觸角可由楊氏方程[4]表示：

式中、分別表示固-氣、固-液和液-氣界面的表面能。楊氏方程也反映了當固體材料的表面能越高，其接觸角越大。

Jaroslaw Drelich[5]等人認為自然界中只有很少的超親水現(xiàn)象是在光滑表面發(fā)生的，大多數(shù)超親水現(xiàn)象是由于粗糙的表面結構和表面化學物質(zhì)共同作用的結構。

二、材料超親水表面的制備方法

研究者們?yōu)榱酥苽涑龀H水表面，觀察到自然界中的超親水現(xiàn)象大多是因為材料表面的粗糙結構和其表面的化學物質(zhì)共同作用的效果。比如松蘿鳳梨，通過表面粗糙的絨毛狀鱗片達到超親水來更多的吸收水分[6]；泥炭蘚表面具有多孔結構，達到超親水的效果來吸取水分[7]。所以在材料表面構造粗糙結構，附以高表面能的物質(zhì)，或者是二者結合使用是研究者們制備超親水的常用策略。

(一)溶膠-凝膠法

溶膠凝膠法是通過原料在溶劑中水解和聚合形成產(chǎn)物的方法。通過工藝的控制，可以得到不同需求形貌的產(chǎn)物。在使用溶膠-凝膠法合成制備中，需要在低溫條件下進行。溶膠-凝膠法是制備涂層常用的一種方法。

王樂[8]等通過溶膠-凝膠法成功在玻璃表面制備出粗糙的二氧化硅涂層，通過粗糙涂層可以使玻璃表面接觸角達到4.4°；王強峰[9]等通過溶膠-凝膠法二氧化硅納米粒子引入PAMAM聚合物中，成功在鋁基材上制備出超親水PAMAM聚合物，并且具有良好的防覆冰性能。

(二)電沉積法

電沉積法是通過金屬從溶液或熔鹽中電沉積，得到涂層的方法。電沉積的難易程度和沉積物的形貌與金屬的性質(zhì)相關。

徐鵬飛[10]等通過電沉積法在銅表面制備出納米級樹枝狀結構與微米級孔穴結構復合的多孔超親水表面，其靜態(tài)接觸角小于5°，并且具有很好的傳熱性能。劉僑鵬[11]等在銅表面利用電沉積法制備出超親水表面。

(三)氣相沉積法

氣相沉積法分為物理氣相沉積和化學氣相沉積。物理氣相沉積即用物理的方法，使物質(zhì)氣化，后在基材表面沉積成膜?；瘜W氣相沉積即不同的氣體混合后在基材上反生反應，后在基材上形成一種新的表面。

董姍[12]等利用氣相沉積法在不銹鋼基材上生長碳納米管，熱處理后碳納米管具有粗糙的邊平面結構，達到超親水的性能。Ivan Paul Parkin[13]等利用氣相沉積法制備出TiO2-VO2薄膜，在紫外光的照射下達到超親水的狀態(tài)。

(四)層層自組裝(Layer by Layer Self Assembly)

層-層自組裝是利用逐層交替沉積的方法,借助各層分子間的弱相互作用(如靜電引力、氫鍵、配位鍵等),使層與層自發(fā)地締和形成結構完整、性能穩(wěn)定、具有某種特定功能的分子聚集體或超分子結構的過程。

Yosuke Tsuge[14]等利用自組裝技術在基材上成功合成了TiO2薄膜，其接觸角低于5°，達到了超親水的性能。吳雅露[15]等利用自組裝技術在玻璃基材上制備出超親水、超親油的雙親特性。

三、結語

材料的超親水特性在自清潔、防霧、快速干燥、油水分離等方向有著很好的應用潛力。但目前大多數(shù)制備方法相對復雜，制備成本高，不利于實際應用；其次目前報道的超親水材料其耐久性不強，不能長時間保持穩(wěn)定的結構與性能。未來的研究方向需著重在經(jīng)濟性、耐久性等方向突破。