超疏水材料的制备和应用

玻璃，是人们日常生活中不可或缺的物品，不论是眼镜、车窗，还是随处可见的窗户，大部分都是使用玻璃制作的。上述的这些物品很多都具有防水防污的功能，能拥有此功能都得多亏了它们拥有一层特殊涂层，而这层涂层，是超疏水表面。

超疏水表面的定义

超疏水是指水滴接触角大于150度，滚动角小于10度的湿润状态。接触角也叫浸润角，是指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角。

正如上图所示，θ为接触角，当θ=0°时，为完全润湿；当θ<90°时，为部分润湿；当θ=90°时，是润湿与否的分界线；当θ>90°时，为不润湿；当θ=180°时，为完全不润湿。

而滚动角是指液滴在倾斜表面上刚好发生滚动时，倾斜表面与水平面所形成的临界角度。

正如上图所示，当一滴水放置在固体倾斜表面而达到一种滚动前的临界状态时，固体表面倾斜的角度就是滚动角，也就是图中的α。

超疏水表面的制备方法

现阶段常用于制作超疏水表面的方法有：模板法、刻蚀法、沉积法、阳极氧化和其他方法。今天我们就简单介绍一下刻蚀法：刻蚀法制备超疏水材料比较简单，其原理是通过物理或者化学方法与基体形成一定反应，去掉表面部分材质，使得在基体表面形成微纳结构，常见的有晶体状、片状、块状、纳米针等。主要目的也是增加表面粗糙度或者降低表面自由能。有时候可以结合其他方法制备超疏水材料。下图是利用简易的两步化学刻蚀法从奥氏体不锈钢制备超疏水表面时疏水状态示意图，图中我们可以通过接触角测量仪得到处理前和处理后的接触角变化，能够看出在使用氟化氢刻蚀后的接触角比未使用前的接触角要大了很多，也是从原先的疏水状态变成超疏水状态。

超疏水表面的应用

超疏水表面应用广泛，因具有耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能，在很多领域有着较大的价值。对于基础设施，高层建筑特别是玻璃墙的表面容易起油、沾灰，室外还会受到降雨的影响，大大增加了清洁难度，也提高了清洁的危险系数，超疏水材料的自清洁性就能大幅度降低清洁难度，以此解决这方面的问题；对于日常生活，道路、电线等因天气原因而导致表面结冰，容易会引发安全事故，造成人力和经济上的损失，超疏水材料具有延迟冰形成和防冰粘附的作用，就能避免这类事故的发生；对于工程材料，金属材料在恶劣的环境下容易发生腐蚀，降低自身的性能，超疏水涂层就可以起到防腐的作用；对于资源利用，工业含油废水和石油泄漏不仅会造成资源浪费，还会对生态环境构成严重威胁，传统的油水分离方式成本高、效率低，因为超疏水材料具有油水分离的特性，使用它就可以实现高效的油水分离。

接触角测量仪作为样品表面性能的表征仪器，是制备超疏水表面的过程中必不可少的仪器，贝拓科学深耕仪器行业十二载，自主研发的接触角测量仪深受用户的信赖和认可！

参考文献

①尤航,彭毅.超疏水表面的制备与应用研究进展[J].功能材料,2023,54(02):2043-2054.

②韵建鹏. 超疏水表面的制备技术及应用[C]//中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会.2020万知科学发展论坛论文集（智慧工程一）.[出版者不详],
2020:50-60.DOI:10.26914/c.cnkihy.2020.013333.