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仿生超疏水表面应用及展望研究
时间:2020-09-16 09:33:27来源:汉斯出版社
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提要:超疏水表面是指液滴在其表面的接触角大于150˚的特殊湿润性表面。

超疏水表面是指液滴在其表面的接触角大于150˚的特殊湿润性表面,在近年来,那些具有特殊润湿性的超疏水表面引起了一股研究热潮,由于其独特的润湿性能,有着减阻、防水、耐腐蚀等诸多优异性能,在工业及科研领域有着很高的研究和应用价值。

汉斯出版社《材料科学》期刊中,有论文基于近年来仿生超疏水研究进程,对比了传统超疏水材料加工方式与短脉冲激光加工的不同,以工业化为出发点,从多元化角度介绍分析了超疏水材料在不同的制备方法、不同的功能性应用和其中的潜在问题,并对超疏水材料的应用发展前景系统的进行展望探讨。

2000多年前,人们发现虽然有些植物生长在泥中,但它们的叶子几乎总是干净的。最典型的例子是荷叶。在荷叶表面的水珠能够快速滚动,而且很容易能够“清扫”表面的灰尘,使得页面变得更干净。然而荷叶始终保持清洁的机理却一直不为人们所知,直到20世纪60年代中期扫描电子显微镜(SEM)的发展,人们才逐渐揭开了荷叶“出淤泥而不染”秘密。

在对超疏水的自然界事物进行研究之后可以发现,制备超疏水的表面主要需要两个条件:一是材料表面具有很低的表面能;二是固体材料表面构建一定粗糙度的,具有微米和纳米的双重结构。

在构建超疏水固体表面时,一般是在低表面能表面上构建粗糙表面或者在粗糙表面上修饰低表面能的物质。超疏水表面由于自身具备的多种优异性能,具有广阔的应用前景,国内外研究者围绕超疏水表面的构建和应用做了很多研究工作,取得了一定的进展,但还有许多问题需要解决。

一方面,超疏水的理论仍需进一步研究和完善。超疏水表面的制备方法存在实验条件苛刻、制备工艺复杂等应用性问题。所制备的表面难以长时间保持在耐高温、耐酸碱、耐腐蚀等环境下,还存在着表面纳微结构不稳定、易老化、易摩擦磨损和化学性质易发因生变化而失去超疏水性能等缺点。

另一方面,由于当前大多数超疏水表面的构建方法过程较复杂,成本较高,因此需要寻找低成本和简化的构建方法,为大规模工业化应用奠定基础。实际应用性能需要大幅提升,以满足低成本、环境友好、大规模生产。其中超疏水表面的耐久性、稳定性和自修复能力将成为今后具有挑战性和应用性的课题。

综上所述,人们已经制备出了很多高效的超疏水表面,高耐久磨损材料的研究也取得了一系列的进展,不仅可以在实验室条件下制备,而且正在往规模化及设备化方向发展。疏水表面也因为独特的性能,在航天工业和交通运输上都有着广泛的应用。短脉冲以及超短脉冲激光以其较高的峰值功率、较小的聚焦光板、较低的热影响区、优良的材料去除特性、灵活精确的加工过程与精度,以及极强的材料兼容性,是制备仿生超疏水表面的理想途径。

但想要实现超疏水各项功能的工业应用,还有很多困难需要克服。因为生产成本昂贵、生产机械少见,在日常生活之中商业化的金属基超疏水产品相对较少。但其优异的性能和精确可控的加工特点更使其具备了工业化的未来发展趋势,是当前超疏水金属基制备的有较大前景的手段。

文章来源:https://doi.org/10.12677/MS.2020.109086

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仿生 疏水 表面 应用 展望 研究

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