荷叶表面纳米结构与浸润性的关系

通过烘烤、化学萃取及物理剥除等方法改变荷叶表面的纳米结构和化学组成, 在环境扫描电镜(ESEM)和全反射红外光谱(ATR)对样品的微观形貌和化学组成进行表征的基础上, 为消除其它外界因素影响样品的真实微观形貌, 进一步采用原子力显微镜(AFM)进行了表征. 通过测量不同处理方法所得样品的表观接触角表征了样品的浸润性质. 结果表明, 荷叶表面的蜡质是产生表面疏水性的根本原因, 其微米级结构放大了其疏水性, 而纳米结构是导致其表面高接触角、低滚动角, 即“荷叶效应”的关键原因.     

高分子表面微纳米结构的构筑及应用

近年来,纳米科技在高分子材料上的应用给高分子科学和材料的发展注入了新的活力.高分子材料表面微纳米结构与材料的性能密切相关,其微纳米结构结合高分子材料本身丰富多彩的特性,在材料科学、微电子学以及细胞生物学等方面都有重要的科学意义和应用价值.目前关于高分子材料表面微纳米结构的构筑已有大量报道,涉及的实验方法和材料非常广泛,大体上可以分为模板法和非模版法.在运用中往往需要综合利用高分子的各种特性和多种实验方法.本文以构筑方法分类,综述了近十几年来在高分子表面构筑微纳米结构的研究进展,对其应用前景做了简要介绍.     

纳米通道内表面浸润性对气泡的作用

运用分子动力学模拟方法研究了在质量力驱动下不同浸润性壁面纳米通道中气泡的分布及其运动状况, 提出了一种统计纳米通道中气泡运动速度的方法. 结果显示, 在亲水性壁面的纳米通道中, 气泡位于通道中间, 气泡的运动速度接近但小于通道中心流速, 在势能强度较大时, 壁面吸附的分子较多, 气泡也较大, 反之则气泡较小; 对超疏水性壁面, 气泡则位于固壁附近, 两个壁面形成对称的一对气泡, 气泡的运动速度接近但大于边缘速度. 流体总的流动速度随着流体粒子与壁面粒子作用的减弱而增大, 滑移速度则逐渐从负转变为正.     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

特殊浸润性表面的液滴凝结

以铝片为基底, 经电化学腐蚀和沸水处理制备了多级微纳米结构; 通过气相沉积和涂油分别制备了超疏水表面、 疏水超润滑(slippery)表面和亲水slippery表面; 探究了表面不同的特殊浸润性(超亲水、 超疏水、 疏水slippery和亲水slippery)对液滴凝结的影响. 结果表明, 超亲水表面的液滴凝结属于膜状冷凝, 超疏水表面和slippery表面的液滴凝结均属于滴状冷凝. 超疏水表面液滴合并时, 合并的液滴会不定向弹离表面. 疏水slippery表面和亲水slippery表面由于表面浸润性的不同导致液滴成核密度和液滴合并的差异, 亲水slippery表面凝结液滴的最大体积远大于疏水slippery表面凝结液滴的最大体积. 4种表面的雾气收集效率由大到小依次为亲水slippery表面>疏水slippery表面>超亲水表面>超疏水表面.     

微纳结构超疏水表面的浸润性分析及设计

微纳复合结构超疏水表面在防污、流动减阻、防冰等领域具有广阔的应用前景，超疏水表面主要通过设计表面化学性质和微观几何结构来获得.合理设计保持表面润湿态的稳定性是其性能发挥的关键.以"液滴-超疏水表面"系统为研究对象，基于最小能原理分析了四种稳定润湿形态，指出影响润湿状态的本征接触角和微观结构参数（相对柱距、相对柱高）.推导了本征接触角的计算公式并对常见材料的本征接触角进行了讨论.结合四种润湿态方程，绘制了随着相对柱距和相对柱高的润湿云图，并将润湿云图归纳为"一点三线六区四状态".分析了相对柱距和相对柱高对浸润状态的影响，结果表明较大的本征接触角、较小的相对柱距和较大的相对柱高能够减小浸润状态发生转变的临界参数，从而拓展超疏水表面的区域范围，有利于超疏水表面的稳定性.利用文献数据验证了上述润湿云图能够准确反映出润湿形态.在上述工作基础之上总结提炼了超疏水表面设计的一般思路.研究结果可为超疏水表面的设计提供理论依据和技术基础.     

具有特殊浸润性的各向异性微纳米分级结构表面构筑的研究进展

自然界存在许多具有各向异性表面结构的生物,其表面表现出典型的对液体操控的方向性的差异。近年来,这种表面微结构的构筑引起了广泛的研究兴趣,已成为一个热点研究方向。天然的各向异性浸润表面是由复杂的异质微纳米结构组成,基于基础研究和应用推广的目的,可以将其简化为一些有序的方向性结构表面。本文介绍了现在应用广泛的几种各向异性微纳米分级结构的构筑方法,并对比分析其可行性。同时,文中还深入讨论了各向异性微纳米分级结构表面对于液体行为的调控。这种各向异性微纳米分级结构表面在微流体运输、微流控芯片等领域将有重要应用,也会对生命科学(比如生物芯片和重大疾病的早期诊断)、能源(比如电极材料的可控制备)和环境(比如污染物的分离及定向转化)等研究做出巨大的贡献。     

具有各向异性微纳米分级结构表面的构筑及其特殊浸润性的研究进展

自然界存在许多具有各向异性表面结构的生物,其表面表现出典型的对液体操控的方向性的差异。近年来,这种表面微结构的构筑引起了广泛的研究兴趣,已成为一个热点研究方向。天然的各向异性浸润表面是由复杂的异质微纳米结构组成,基于基础研究和应用推广的目的,可以将其简化为一些有序的方向性结构表面。本文介绍了现在应用广泛的几种各向异性微纳米分级结构的构筑方法,并对比分析其可行性。同时,文中还深入讨论了各向异性微纳米分级结构表面对于液体行为的调控。这种各向异性微纳米分级结构表面在微流体运输、微流控芯片等领域将有重要应用,也会对生命科学(比如生物芯片和重大疾病的早期诊断)、能源(比如电极材料的可控制备)和环境(比如污染物的分离及定向转化)等研究做出巨大的贡献。     

微纳米图案化表面对细胞行为的影响

在再生医学领域中,材料对细胞生长和组织修复的调节作用一直是极为关键的问题.随着表面图案化技术的发展,在材料表面制备规则、可控、种类多样的图案化区域成为可能,因而该技术被广泛应用于再生医学、组织工程以及细胞诊断等相关学科领域.通过微纳米表面图案化方法,改变材料的化学性质和拓扑结构,从而实现对细胞粘附、迁移、增殖、凋亡、基...     

超疏水性表面在冷凝条件下的润湿特性

采用测量接触角和观测偏光显微镜对超疏水表面在冷凝条件下的疏水特性进行了研究, 发现冷凝蒸汽进入超疏水表面的微凸起内冷凝, 表面的疏水特性被破坏, 表面的润湿特性变得不均匀, 部分区域甚至呈现亲水状态. 根据实验结果提出了冷凝条件下粗糙表面表观接触角的计算模型, 并使用冷凝条件下表面接触角的测量结果进行了验证.     

Preparation of ZnO Film on 2024Al Surface for Hydrophobicity Investigation

A uniform ZnO film with microscale rod-like structure has been obtained on 2024Al surface by the hydrothermal method and perfluorooctanoicacid has been used to enhance the surface hydrophobic performance of the ZnO film. The as-prepared ZnO film was characterized by scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectrum (XPS). The results indicate that the ZnO film is uniform and the ZnO microrods are 2 um in length. The water contact angle of hydrophobic surface is 146° and the sliding angle is 10°.     

三种钢基疏水表面微观形貌的分形特征及其对润湿性的影响

采用化学刻蚀与低表面能物质修饰相结合的方法,通过调控刻蚀时间在304不锈钢、X80管线钢和45#钢表面构造不同的微观形貌;借助扫描电子显微镜采集不同材料表面的微观形貌,并采用接触角测量仪测量其润湿性能;应用Matlab软件编程计算分形参数.结果表明,3种材料构造的疏水表面均具有分形特征,且最佳刻蚀时间为30 min,此时多重分形谱子集维数最大值最靠左,对应的奇异性指数最小,表征表面微观形貌的分形维数也达到最大值;分形维数与接触角线性拟合效果优良,接触角随分形维数的增大而增大.     

激光刻蚀硅表面的形貌及其对浸润性的影响

利用脉冲激光在Si表面刻蚀具有不同宽度和深度的微槽形貌, 通过测量接触角的大小研究其浸润特性, 并分析了形貌与浸润性的关系. 结果表明, 在Si表面刻蚀微槽深度一定的条件下, 刻蚀微槽宽度越宽, 接触角越小; 在Si表面刻蚀微槽宽度一定的条件下, 刻蚀微槽越深, 接触角越大, 最高可达165°. 而且Si表面上刻蚀后产生的细微尖峰结构对其浸润特性有显著的影响. 因此, 利用激光刻蚀表面方法可以在一定程度上调控固体表面的润湿性能.     

流化床CVD淀积过程中铝膜微结构及表面形貌的研究

考察了在常压流化床CVD反应器中利用三异丁基铝的热分解反应在高折射率玻璃微珠表面淀积铝膜时,淀积温度和时间对铝膜微结构和表面形貌的影响.SEM谱的表面形貌分析表明,提高淀积温度时,铝膜经过三维岛状→孔洞结构→连续致密膜的变化;延长淀积时间,铝膜的晶粒会变粗变大.AES谱的表面化学组成分析表明,在较高的淀积温度下铝膜中碳的残留并不明显,但发生了玻璃微珠基材中Ti,Ba等元素向铝膜中的扩散.Ti的扩散有利于形成连续致密的铝膜.     

超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展

文章总结了Wenzel方程、Cassie方程及一种具有极高精确度的,可方便测出固体表面上液滴前进角和后退角的测试方法等超疏水表面的最新理论研究成果;回顾了溶胶凝胶法、化学修饰法、喷涂法、液相法、化学蚀刻法、水热法、微相分离法、原位聚合法、静电纺丝法、阳极氧化法等近几年出现的超疏水表面的制备方法;介绍了在微物质能量、生物医学、光学、燃料以及电池应用等领域超疏水表面的最新功能性的应用。最后,客观地展望了超疏水表面制备及理论研究的发展方向。     

全氟磺酸离子交换重铸膜的结构与性能研究

本文研究全氟磺酸离子交换重铸膜的结构、性能并与Nafion 膜进行比较 .结果表明 :重铸膜FYM 115 0与Nafion 膜的成分相同 ,但它们具有不同的结构 ,FYM 115 0干膜中含有部分 5 0～30 0nm不贯穿断面的小孔 ,而Nafion112干膜为无孔密实结构 ;FYM 115 0的力学性能优于Nafion 膜 ;受多孔结构的影响 ,在高电流密度端 ,使用FYM 115 0制备的膜电极 ,其电池性能也优于Nafion112膜     

Mechanism and Influencing Factors of Wettability Alteration of Water-Wet Sandstone Surface by CTAB

Different experimental methods including ellipsometry, zeta potential measurements, imbibition studies, and contact angle measurements were used to study the mechanism and influencing factors of wettability alteration of water-wet sandstone surface caused by CTAB (hexadecyl trimethyl ammonium bromide). Results show that when the concentration of CTAB reaches a certain level (below CMC), due to the electrostatic attraction between the positively charged head groups of CTAB and the negatively charged sandstone surface, the monolayer of CTAB is formed and hydrophobic chains of CTAB molecules are toward the aqueous phase, making the solid surface oil-wet. When the concentration of CTAB continues to increase (above CMC), due to the hydrophobic interaction, the compact bilayer of CTAB is formed and hydrophilic head groups of CTAB molecules are toward the aqueous phase, rendering the solid surface water-wet. The contact angles between the oil–water interface and the surface treated with CTAB increase with the increase of the concentration of NaCl and CaCl_2. Compared to NaCl, the inorganic salt CaCl₂ has a greater impact on the contact angle. In addition, the contact angles increase with the increase of temperature and decrease with the increase of pH value of the aqueous solution.     

苄基取代甜菜碱对聚四氟乙烯表面润湿性的影响

利用座滴法研究了两性离子表面活性剂苄基取代烷基羧基甜菜碱(BCB)和苄基取代烷基磺基甜菜碱(BSB)在聚四氟乙烯(PTFE)表面上的润湿性质,考察了表面活性剂浓度对接触角的影响趋势,并讨论了粘附张力、固-液界面张力和粘附功的变化规律.研究发现,在低浓度时,表面活性剂通过疏水作用吸附到PTFE表面,疏水链苄基取代支链化使其在固-液界面上的吸附明显低于气-液界面,接触角在很大的范围内保持不变.当体相浓度增加到大于临界胶束浓度(cmc)时, BCB和BSB分子在固-液界面上继续吸附,分子逐渐直立,造成PTFE-液体之间的界面张力(γ_SL)进一步降低,表面亲水性增加,接触角随浓度增加明显降低;另一方面, BSB由于具有较大的极性头,在高浓度时空间阻碍作用明显,导致其对PTFE表面润湿性改变程度小于BCB.