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材料表面和水之間的接觸角反映了材料表面的性質。

潤濕材料的重要表面特性由靜態接觸角表征,靜態接觸角影響主要材料表面基團的微觀結構。材料的表面潤濕性主要通過表面改性和微觀造型來改變。潤濕性已經直接應用於超疏水表面潤濕性智能表面控制的生產和構建。目前的研究熱點在建築、繪畫、生物醫學等領域具有重要意義

潤濕自邊界現象、水滴、玻璃鋪展、雨滴、土壤滲透等潤濕材料表面的重要特性已被應用於各個方面,如潤滑、粘附、發泡、防水等。近年來,隨著微納技術的快速發展和仿研究的興起,固體表面的潤濕性研究越來越受到重視,具有超疏水表面的金屬材料具有自清潔功能,提高其抗汙染和抗腐蝕能力;農藥噴灑、機械潤滑等方面要求液體具有良好的親水性,因此對材料表面潤濕性的研究具有重要意義。通過接枝、包覆和腐蝕來調節材料的表面潤濕性,實現雙面材料的改性和良好結合。

1,潤濕性

潤濕是指液體與固體接觸時,固體表面能下降的現象。參見潤濕現象:固體表面的氣液置換過程。例如,水清潔玻璃板的新的固/液界面取代了原來的固/氣界面,這與固液的表面性質和固液相互作用密切相關[1]

潤濕實際上涉及氣液固三相界面。液體內部的固液界面和氣液界面之間的夾角稱為接觸角θ,意思是計算整個楊氏路徑。壹般來說,接觸角θ用來判斷潤濕性的好壞。如果θ=0,液體完全潤濕固體表面,液體在固體表面鋪展。0 & ltθ& lt;90°液體潤濕固體,θ越大,潤濕性越強;90 & ltθ& lt;180液體可以濕潤固體;θ = 180完全潤濕液固表面的凝聚球體。

不考慮重力影響的理想表面狀態,實際表面數粗糙均勻,表面汙染影響接觸角,材料表面本身影響外界環境,材料組結構元素占主導。

2.潤濕性影響因素

材料的表面潤濕性由表面原生或原生團簇性質的密堆積公式決定,與內部原生或原生性質和排列有關。研究表明,材料的表面潤濕性由兩部分因素決定:化學基團微觀結構

化學基團的潤濕性影響內稟表面能。潤濕性影響價鍵、離解鍵或金屬鍵等強效應。將固體與高能表面結合,範德華力或(氫鍵)將固體與低表面能結合,使液體更容易潤濕,反之,有機固體比有機固體聚合物更容易潤濕。需要強調的是,從表面基團的角度來看,固體表面的潤濕性只依賴於表面層中原有基團的性質和排列來適應各種需要,可以進行表面改性來改變固體潤濕性的基礎。

微結構影響表面潤濕性。基本表面微結構的粗糙度影響微結構材料的潤濕性。目前有兩種經典理論,文澤爾理論和卡西理論,對其進行了分析和解釋。粗糙表面與液滴接觸有兩種情況:完全潤濕的液滴填充粗糙表面上凹陷的潤濕表面,這種接觸形式稱為潤濕接觸;完全潤濕的液滴填充在粗糙表面中,凹坑位於粗糙突起的頂部。這種接觸形式稱為復合接觸。這兩種接觸形式定義了粗糙表面上液滴的兩種潤濕模式,即溫策爾模式和卡西模式,分別對應於文澤爾理論和卡西理論。

荷葉可以沾泥。荷葉的表面有壹個很容易被弄濕的微結構。乳突表面為蠟質晶體納米結構[7]。蝴蝶翅膀表面因其寬葉或窄葉鱗片疊瓦狀排列而呈疏水性;水鳥羽毛具有超疏水性能,是因為數百微米的細小羽毛交錯排列,以及表面脂質的相互作用。通過對壹些自身現象的研究,逐漸發現固體表面的微結構與潤濕性之間的關系得到了改善。表面微納結構的排列直接影響水滴材料的表面輸運和潤濕性。研究表明,改變材料的表面幾何形狀可以實現粗糙表面上兩種潤濕模式的轉換,通過表面刻蝕改變固體的潤濕性提供了依據。

3.可濕性材料的工程意義

測量了材料表面的潤濕性。材料工程實例:潤滑是利用潤滑油減少物體表面潤濕層保護膜的摩擦,達到潤滑效果;基材的潤濕塗層可以更好的附著和鋪展;各種防水材料使用的材料清單

表面疏水性等。在科學技術飛速發展的今天,各行各業對材料的結構性能要求越來越高,通過微造型和表面改性實現材料表面的防水、自清潔和潤滑,可以提高材料的綜合性能,增加材料的使用價值。

3.1超疏水表面構造

超疏水表面自清潔材料廣泛應用於微流體損失和液體傳輸等領域。此外,以防雪、抗氧化和防電流傳導為目的制備的超疏水表面主要有兩類:低表面能的類固體表面改性降低其表面能達到超疏水效果,其他固體表面以微米或納米結構的超疏水表面構建,主要采用化學氣相沈積、溶膠-凝膠、模板擠出、光刻等方法。

復旦根據荷葉自潔原理,塗層表面類似荷葉的凹凸形狀,使塵粒以懸浮狀態附著在塗層表面,增加了水與塗層表面的接觸角,有利於水滴塗層表面的滾動進度,保證了累積或吸附的汙染顆粒被風雨從塗層表面沖走,達到自潔效果。應用科學院理化技術研究所對上海博物館、CCTV等項目進行了論證,開發了壹種用於各種材料表面的納米塗層,具有抗菌、防霧、防黴等功能。自清潔光催化降解汙染物等。新型光觸媒塗料在汽車後視鏡、汽車玻璃、玻璃幕墻、道路交通標誌、廣告牌、汽車列車車體等各種場合的使用,可以在相對狹小的空間內保持物體表面的清潔,顯著降低清潔難度,降低清潔風險,提高雨雪寒冷季節的行車安全性。

3.2潤濕智能響應面的構建

由於其獨特的物理和化學性質,塗層和防水醫用材料,特殊潤濕材料具有很高的潛在使用價值。構建智能界面材料可以模擬外界,精確調控固體表面的潤濕性,這使得材料工程的超親水和超疏水狀態的轉換具有重要意義。

這類響應材料在藥物運輸和微流體通訊方面具有廣闊的應用前景。

中國科學院化學研究所姜磊表面質量的研究:利用高熱響應性實現超親水和超疏水溫度控制的逆轉換;紫外光控制超親水和超疏水反轉換陣列氧化鋅納米結構的制備實現超疏水和超親水反轉換納米界面材料的制備

壹般來說,潤濕性作為材料的壹個重要的表面特性已經被直接應用。隨著材料制備技術的發展,潤濕性的應用前景已經展現。改性引起了人們對材料表面潤濕性研究的廣泛興趣,在建築、農業、生物醫用材料等領域具有重要意義。

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