代學(xué)玉，汪永麗，高蘭玲

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

化學(xué)沉積法制備超疏水表面的研究進(jìn)展

代學(xué)玉，汪永麗，高蘭玲

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 石油化學(xué)工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730060)

近年來，超疏水表面因在生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有廣泛而重要的用途而引起了研究者的廣泛興趣，本文將對(duì)化學(xué)沉積法制備超疏水表面的研究進(jìn)展作一介紹。

超疏水 ；化學(xué)沉積法； 微納米結(jié)構(gòu)

與水的接觸角大于150°的表面稱為超疏水表面，超疏水是固體表面的一種特殊現(xiàn)象，主要與表面的粗糙度和化學(xué)組成有關(guān)系。目前，制備超疏水表面的方法有很多，而人工制備的關(guān)鍵在于構(gòu)建合適的表面幾何結(jié)構(gòu)，即表面粗糙度。本文將介紹用化學(xué)沉積法制備超疏水表面的研究進(jìn)展。

化學(xué)沉積法由于可以直接、有效地構(gòu)建合適的表面粗糙度，因此，被廣泛的應(yīng)用于制備超疏水表面。用化學(xué)沉積法制備超疏水表面時(shí)，通常伴隨有化學(xué)反應(yīng)，制備過程中，產(chǎn)物通過自聚集沉積在基底上。根據(jù)沉積方法的不同，化學(xué)沉積法又可以分為：電化學(xué)沉積法、化學(xué)氣相沉積法和化學(xué)浴沉積法。

1 電化學(xué)沉積法

Yu[1]采用電化學(xué)沉積法，先在鍍金的玻璃或石英上制得一層具有枝狀結(jié)構(gòu)的硫醇單分子膜，然后在該膜的表面再沉積一層具有一定粗糙度的金膜，最后利用混合硫醇，如HS(CH2)9CH3和HS(CH2)10COOH，對(duì)該表面進(jìn)行修飾，制得的超疏水-超親水表面對(duì)pH值具有響應(yīng)性：對(duì)于pH值小于或等于7，即酸性或中性的水溶液，該表面具有超疏水性，與水的接觸角約為154°；而對(duì)于pH值大于13，即堿性水溶液，該表面呈超親水性，與水的接觸角為0°。Jiang[2]通過上述同樣的方法，先在鍍金基體，如玻璃或石英上，沉積一層具有一定粗糙度的金膜，然后用十二烷基硫醇對(duì)該表面進(jìn)行修飾，制得的表面與水的接觸角約為155°，具有超疏水性，而滾動(dòng)角小于2°。Wang[3]利用電化學(xué)沉積法，先在導(dǎo)電玻璃上制得一層具有微納米粗糙結(jié)構(gòu)的Cu膜，然后用碳鏈長(zhǎng)度大于或等于8的長(zhǎng)鏈烷酸對(duì)該表面進(jìn)行修飾，得到與水的接觸角約為153°的超疏水表面；如果改用碳鏈長(zhǎng)度小于或等于3的鏈狀烷酸，對(duì)該表面進(jìn)行修飾，則得到超親水表面，與水的接觸角小于5°。Shirtclieff[4]通過電化學(xué)沉積法，首先在銅片上制備了一層薄膜，該薄膜由微米級(jí)的Cu顆粒組成，然后將該薄膜經(jīng)氟化處理后，得到接觸角約為160°的超疏水表面。Li[5]通過電化學(xué)沉積法，在導(dǎo)電玻璃上制得具有一定粗糙度的ZnO薄膜，該表面與水的接觸角為128.3°，呈疏水性；而用低表面能物質(zhì)氟硅烷對(duì)該粗糙表面進(jìn)行修飾后，與水的接觸角為152.0°，呈超疏水性。

2 化學(xué)氣相沉積法

Li[6-7]通過化學(xué)氣相沉積法，在石英基底上制備了具有蜂窩狀、柱狀、島狀等各種圖案結(jié)構(gòu)的陣列碳納米管薄膜；研究表明，這些膜表面均具有超疏水性，與水的接觸角都大于160°，滾動(dòng)角小于5°；而產(chǎn)生這種高接觸角、低滾動(dòng)角的原因，與表面納微米結(jié)構(gòu)的階層排列有關(guān)。Liu[8]通過化學(xué)氣相沉積法，在藍(lán)寶石上制備了具有微納米粗糙結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜，該超疏水-超親水表面對(duì)紫外光具有響應(yīng)性：用紫外光對(duì)表面進(jìn)行照射后，表面呈超親水性，其接觸角小于5°；而將該表面避光放置一段時(shí)間或經(jīng)過加熱處理后，表面又恢復(fù)原來的超疏水性，其接觸角約為164°。Lau[9]利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，首先在硅片上制備了具有柱狀結(jié)構(gòu)的陣列碳納米管膜，然后在該表面上用化學(xué)氣相沉積法覆蓋一層聚四氟乙烯，制得的超疏水膜的接觸角達(dá)到了170°。Wu[10-11]利用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法，用四甲基硅烷和氟硅烷的混合物作為前驅(qū)體，在玻璃上制備的超疏水膜的接觸角為160°；如果改用三甲基甲氧基硅烷作為前驅(qū)體，則在玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯塑料上制備的超疏水薄膜的接觸角超過150°。Song[12]通過化學(xué)氣相沉積法，先在硅片上通過沉積氨丙基三甲氧基硅烷，制得氨基功能化的表面；然后用不同鏈長(zhǎng)的脂肪酸對(duì)該表面進(jìn)行修飾，以達(dá)到調(diào)節(jié)該表面潤(rùn)濕性的目的。如果在該表面上構(gòu)建合適的表面粗糙度，則可以制得超疏水表面，與水的接觸角為153°。

3 化學(xué)浴沉積法

Wu[13]通過化學(xué)浴沉積法，先在玻璃上制得以400～600 nm直徑均勻分布的ZnO納米棒，再用長(zhǎng)鏈烷酸對(duì)該表面進(jìn)行修飾，得到與水的接觸角大于150°的超疏水表面。Hosono[14]用化學(xué)浴沉積法，制備了與水的接觸角高達(dá)178°的超疏水薄膜，該薄膜具有納米針狀的結(jié)構(gòu)。

用化學(xué)沉積法制備超疏水表面，雖然已經(jīng)取得了很多的研究成果，然而，目前仍有一些重要的問題需要解決，如：制備過程的簡(jiǎn)單化、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)、制備的表面具有良好的穩(wěn)定性等，這些仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

[1] Yu X，Wang Z，Jiang Y，et al．Reversible pH-responsive surface: from superhydrophobicity to superhydrophilicity[J]．Adv Mater，2005，17(10)：1289-1293．

[2] Jiang Y，Wang Z，Yu X，et al．Self-assembled monolayers of dendron thiols for electrodeposition of gold nanostructures: toward fabrication of superhydrophobic/superhydrophilics surfaces and pH-responsive surfaces[J]．Langmuir，2005，21(5)：1986-1990．

[3] Wang S，F(xiàn)eng L，Liu H，et al．Manipulation of surface wettability between superhydrophobicity and superhydrophilicity on copper films[J]．Chem Phys Chem，2005，6(8)：1475-1478．

[4] Shirtcliffe N J，McHale G，Newton M I，et al．Wetting and wetting transitions on copper-based super-hydrophobic surfaces[J]．Langmuir，2005，21(3)：937-943．

[5] Li M，Zhai J，Liu H，et al．Electrochemical deposition of conductive superhydrophobic zinc oxide thin films[J]．J Phys Chem B，2003，107(37)：9954-9957．

[6] Li S H，Li H J，Wang X B，et al．Super-hydrophobicity of large-area honeycomb-like aligned carbon nanotubes[J]．J Phys Chem B，2002，106(36)：9274-9276．

[7] 李書宏，馮 琳，李歡軍，等．柱狀結(jié)構(gòu)陣列碳納米管膜的超疏水性研究[J]．高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2003，24(2)：340-342．

[8] Liu H，F(xiàn)eng L，Zhai J，et al．Reversible wettability of a chemical vapor deposition prepared ZnO film between superhydrophobicity and superhydrophilicity[J]．Langmuir，2004，20(14)：5659-5661．

[9] Lau K K S，Bico J，Teo K B K，et al．Superhydrophobic carbon nanotube forests[J]．Nano Lett，2003，3(12)：1701-1705．

[10] Wu Y，Sugimura H，Inoue Y，et al．Preparation of hard and ultra water-repellent silicon oxide films by microwave plasma-enhanced CVD at low substrate temperatures[J]．Thin Solid Films，2003，435：161-164．

[11] Wu Y，Bekke M，Inoue Y，et al．Mechanical durability of ultra-water-repellent thin film by microwave plasma-enhanced CVD[J]．Thin Solid Films，2004，457 (1)：122-127．

[12] Song X Y，Zhai J，Wang Y L，et al．J Colloid Interf Sci，2006，298：267．

[13] Wu X D，Zheng L J，Wu D．Fabrication of superhydrophobic surfaces from microstructured ZnO-based surfaces via a wet-chemical route[J]．Langmuir，2005，21(7)：2665-2667．

[14] Hosono E，F(xiàn)ujihara S，Honma I，et al．Superhydrophobic perpendicular nanopin film by the bottom-up process[J]．J Am Chem Soc，2005，127(39)：13458-13459．

ProgressinPreparationoftheSuperhydrophobicSurfacebyChemicalDeposition

DaiXueyu，WangYongli，GaoLanling

(Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technology，Lanzhou 730060，China)

In recent years, the superhydrophobic surface has attracted significant interest for their potential and practical applications in everyday life, industrial and agricultural production and fundamental research. In this paper, we will introduce some progress in preparation of the superhydrophobic surface by chemical deposition method.

superhydrophobicity; chemical deposition; micro/naonbinary structures

2017-07-12

甘肅省高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(甘財(cái)教[2012]129號(hào))，蘭州市研政產(chǎn)合作項(xiàng)目(蘭財(cái)建[2012]151號(hào)(2012-2-98))，甘科技支撐計(jì)劃(144GKCA035)

通信聯(lián)系人：代學(xué)玉(1984—)，女，甘肅永登人，講師，研究方向：表面功能材料。

O647

A

1008-021X(2017)18-0057-02

(本文文獻(xiàn)格式代學(xué)玉，汪永麗，高蘭玲.化學(xué)沉積法制備超疏水表面的研究進(jìn)展[J].山東化工，2017，46(18)：57-58.)