透明超疏水材料的研究进展

超疏水表面在包括自清洁、防腐、防冰和流体输送过程中的减阻等许多领域都有广泛应用,透明的超疏水表面更是在太阳能光伏电池板和其他光学领域具有自我清洁的潜在应用。本文首先介绍了透明超疏水的相关理论,然后概括了制备超疏水表面常见的方法,重点归纳总结了用于构建粗糙度的不同物质,如SiO2、 TiO2 等,并分析了其优缺点;最后,简单介绍了透明超疏水的应用前景,并对其研究方向进行了展望。     

聚合物基超疏水材料制备技术的研究进展

聚合物基超疏水材料由于制备工艺简单、制备方法多样,正逐步成为最主要的仿生疏水材料,为工农业生产和人们的日常生活带来极大的便利。文章综述了聚合物基超疏水材料制备技术的最新研究进展,介绍了国内外有关聚合物基超疏水材料的制备工艺和制备方法,包括模板法(生物模板法、多孔阳极氧化铝法、多孔CO2微球层模板法)、化学气相沉积法、蒸汽诱导相分离法、电纺法、激光和等离子刻蚀法等,并指出了今后超疏水材料将面临的挑战。     

喷涂法制备功能性超疏水复合涂层及其性能研究

以常用工程材料硅树脂BP与St(o)ber法合成的二氧化硅(SiO2)分散液为原料,运用喷涂法(spray-coating)制备出了功能性微/纳粗糙(MNR)结构的超疏水涂层,其接触角可以达到146.5°,滚动角小于1°(测试液滴量为15μL).通过分析喷涂法制备复合涂层所需的条件,得出喷涂液pH＝7.7-8.0时,在...     

基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构制备的研究

利用粒子辅助水滴模板法的实施获得规则蜂窝状图案化多孔结构模板,并进一步利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)复制转移技术获得表面具有微米尺寸蜂窝状突起阵列的反向图案化结构.以这种图案化突起结构作为微米尺寸所提供的微米级粗糙度为基础,设计了2种的简单的二次纳米结构的引入过程,最终实现了微米级阵列和纳米级粗糙度的复合.第一种方法借助银镜反应来实现纳米银结构的化学沉积,最终在PDMS阵列表面获得了致密的纳米银颗粒沉积层,并成功获得了表面接触角达166度的超疏水性质.第二种方法利用了聚电解质/二氧化硅粒子层层静电自组装的方法引入纳米结构,结果在仅仅进行了2个组装循环的条件下即可获得超疏水性质的表面复合结构.通过简单的实验设计试图提供一种基于水滴模板法的微纳复合超疏水结构的普适性制备方法.     

透明抗静电多功能超疏水薄膜的制备

采用提拉法在聚酰亚胺薄膜表面分步涂覆了银纳米线及疏水纳米二氧化硅, 分别构筑了导电网络及超疏水涂层, 制备了超疏水抗静电透明薄膜. 研究结果表明, 超疏水抗静电透明薄膜保持了较高的透光性, 其透光率高于90%. 同时, 银纳米线网络的构筑有效增加了超疏水抗静电透明薄膜的导电性, 使其表面电阻介于10⁶~10¹⁰ Ω之间, 达到了抗静电要求. 水滴在该薄膜表面静态接触角高达156.4°, 滚动角小于1°, 展现了优异的超疏水特性. 通过导电网络及疏水涂层的构筑, 实现了透明及抗静电超疏水多功能的统一.     

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。     

二氧化硅纳米颗粒/硅树脂复合超疏水功能涂层的制备和性能研究

将二氧化硅纳米颗粒和硅树脂制成混合液,采用喷涂法(spray-coating)制备出了具备超疏水性的复合涂层.研究了二氧化硅、硅树脂不同含量配比对涂层疏水性能的影响,结果表明复合涂层的接触角随二氧化硅含量的增加而增加.在二氧化硅含量大于3%(质量分数)时,涂层显现超疏水性;当二氧化硅含量为3%(质量分数)、硅树脂含量为7%(质量分数)时,涂层与水的接触角达到151.6°,滚动角接近0°.通过扫描电子显微镜(SEM)观察涂层表面的微观结构,发现超疏水性的涂层具备微-纳复合阶层结构,类球状突起粒径在5μm左右,类球状突起上分布纳米团聚颗粒,直径约为50 nm.这种类似荷叶表面的微(纳复合阶层结构,结合硅树脂的低表面能,使得复合涂层具备了超疏水性能.     

超疏水聚硅氧烷涂层的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法,以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为有机硅前驱体,通过酸-碱催化水解-缩合得到聚有机硅氧烷凝胶,经浸涂-提拉成膜技术在玻璃表面制备超疏水聚硅氧烷涂层。通过红外光谱(FT-IR)、水接触角(WCA)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等分析技术对涂层进行了结构表征、疏水性测试和表面形貌观察。结果表明,涂层内部形成带有甲基和残余硅羟基基团的网络结构。当n(MTES)∶n(EtOH)∶n(H2O)分别为1∶35∶8和1∶45∶8时,在室温制备的涂层对水的接触角可分别高达160°和162°,滚动角均低至7°,并且涂层在250℃以下的热处理过程中,其疏水性基本保持不变。FE-SEM观察证实了涂层表面分布着许多孔径为0.5～1.0μm的微孔和粒径为50～100 nm的纳米颗粒聚集体,具有微-纳米尺寸相结合的双重结构。此外涂层还具有较高的透明性、对腐蚀性液体具有超疏水性。研制得到的超疏水涂层有望用于玻璃、织物、金属和塑料等基底表面作为保护和防腐蚀涂膜。     

有机硅改性聚氨酯/纳米SiO2复合超疏水涂层的制备

以4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、羟基封端的聚二甲基硅氧烷(HO-PDMS)、1,4-丁二醇(BDO)为原料,合成了有机硅改性的聚氨酯溶液,通过核磁共振、红外光谱技术对其结构进行表征,并研究了羟基硅油加入量对聚氨酯热稳定性、疏水性的影响.以有机硅改性的聚氨酯溶液为基体、含氟硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒为填料,喷涂制备超疏水涂层,研究了填料添加量对复合涂层疏水性的影响.结果表明:当硅油加入量为9 wt%,填料加入量为60 wt%时,复合涂层性能最优,水接触角为153.3°,滞后角为6.3°.经过200℃加热1 h后,仍然具有大于150°的水接触角.对复合涂层进行磨损实验与防冰测试,结果表明:该复合涂层在磨损过程中,在基底暴露之前,整个涂层基体都具有超疏水性;并且该涂层能有效降低结冰温度,延长结冰时间,具有良好的防冰性能.     

超疏水涂层防覆冰机理及制备

结构物表面严重覆冰有时会威胁人们的生命财产安全,影响经济社会的平稳运行。超疏水涂层具有超大接触角、低滚动角的特性,在防覆冰领域有很好的应用前景。本文重点总结了超疏水涂层防覆冰机理的相关研究结果,并简单综述了聚合物-微粒复合材料类、特殊表面结构类两种典型超疏水型防覆冰涂层的研究进展,指出了目前在超疏水型防覆冰涂层研究中存在的不足,并对其发展趋势进行了展望。     

溶胶凝胶法制备超疏水二氧化硅涂膜及其表面润湿行为

采用溶胶-凝胶法以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为前驱体制备超疏水SiO2涂层。红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)表征合成SiO2的化学组成,通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(TEM)观察制备SiO2的结构形貌,扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察SiO2涂膜的表面形貌,通过测试水接触角(WCA)讨论SiO2涂层的表面微观结构与其表面疏水性能的关系。结果表明以TEOS和MTES为共前驱体可以制备得到表面带-CH3基团的SiO2溶胶,SiO2溶胶在老化过程中纳米SiO2粒子由于自组装作用形成草莓状微米-纳米双微观结构,这种结构赋予SiO2涂膜表面不同等级的粗糙度,使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子,与SiO2表面疏水性的-CH3基团共同作用形成类荷叶超疏水结构。     

超疏水涂层表面粗糙结构对防覆冰性能的影响

结冰给交通、电力输送和航空等领域带来极大的安全隐患,研究防覆冰技术具有重要的应用价值。目前最具前景的防冰方法是涂层防冰,本文介绍了疏水涂层的构建方法,阐述了涂层疏水性和疏冰性之间的关系;重点论证了涂层表面粗糙结构对其防覆冰性能的影响,指出防覆冰涂层研发中存在的问题,并对该领域的发展趋势进行了分析和展望。     

Preparation of Cu-Coated Stainless Steel Surfaces for Superhydrophobic Investigation

Cu-coated stainless steel surfaces containing micro- and nanoscale binary structures with different surface roughness were successfully fabricated by means of a facile one-step electroless plating technology. The resulting surfaces were modified by the low free energy material HFTHTMS (HFTHTMS = (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane). The experimental results of wettability exhibit that such unmodified surfaces have a strong adhesive force to water droplets, and their contact angles increase with increasing surface roughness, whereas the modified surfaces by HFTHTMS show the superhydrophobic characteristic with contact angles higher than 150° and sliding angles lower than 5°.     

油水分离用超疏水纤维素基织物的制备及研究进展

近年来,石油泄漏和有机污染物排放对海洋环境和人类健康造成了严重的危害,开发高效、耐用的油水分离材料处理含油废水势在必行.纤维素基织物由于其多孔性、可再生性及优异的柔韧性在油水分离材料的制备中受到广泛的关注.本文详细介绍和讨论了各种不同方法制备超疏水纤维素基织物的研究现状,并阐述了超疏水纤维素基织物在油水分离中的应用,最...     

超亲水疏油材料的制备及其油水分离性能

含油污水的随意排放对海洋、沿海周边环境以及人类健康造成了严重的影响。传统的油水分离方法易造成环境二次污染,同时也是对有限资源的一种损耗。因此,如何高效环保地解决含油污水问题具有重要意义。物理过滤/吸附法被认为是一种高效环保的分离方法,基于仿生学原理,许多可用于物理选择性分离的超亲油疏水和超亲水疏油材料被制备出来。超亲油疏水材料易被油污染,重复利用率低;相比之下,超亲水疏油材料具有自清洁性且重复利用率高,在油水分离方面具有广阔的应用前景。根据基底材料的选择不同,本文综述了金属基以及高分子基超亲水疏油材料的研究现状,总结了其优缺点,并对今后超亲水疏油材料的研究方向和重点进行了展望。     

超疏水膜的制备及其在膜蒸馏过程中的应用

超疏水材料具有超高的憎水性和自清洁特性,因而在解决材料的润湿和污染方面具有广泛的应用前景。膜蒸馏是一种以多孔疏水膜两侧蒸汽压差为推动力的膜分离过程,是脱盐和水回用中的重要技术。然而膜润湿和污染问题是导致膜蒸馏过程出水品质下降和应用过程稳定性差的关键。本文以膜蒸馏过程为背景,系统介绍了蒸馏过程的发展状况和超疏水膜材料的制备方法,以及超疏水膜在膜蒸馏中的应用,探讨了超疏水膜材料在膜蒸馏过程中的优势,同时指出了其不足和可能的解决方法,以期为膜蒸馏材料的发展提供研究方向和思路。     

超疏水棉花的制备及用于油水分离

采用溶胶-凝胶法制备了SiO2水溶胶,并用三甲基甲氧基硅烷进行疏水改性,通过一步浸泡法将改性后SiO2水溶胶修饰到棉花上制备出改性棉花,用接触角测定仪和扫描电子显微镜对制备的改性棉花进行了表征,二次蒸馏水及酸、碱液滴在改性棉花上的接触角均大于150°,表明制备的改性棉花具有超疏水性和耐酸碱性。 改性棉花对柴油展示了高达8.3 g/g的饱和吸附量,在5次重复使用中,吸附能力和接触角均可维持在4.0 g/g和大于150°水平。 在油水混合物吸附研究中,改性棉花吸水量仅是未改性棉花吸水量的1/45,表明改性棉花对油具有很好的选择性。 吸附了柴油后的改性棉花经过简单挤压,即可直接回收吸附的柴油和释放出改性棉花,从而实现了改性棉花的重复使用。