,冲洗着淤泥,如下图所示,显微镜下超疏水材料的表面结构很粗糙,包上有包。
不只是荷花上有,昆虫的足上也有比如水黾,蚊子都能在水上行走而不划破水面这就是因为其上面的超疏水材料。
超疏水材料有很大的发展前景:首先,可以自行清洁需要干净的地方;还可以放在金属表面防止水的腐蚀生锈;第三,基于对昆虫的研究我们还可以使水上飞行成为可能,在船的表面加上超疏水膜减小阻力节省能源。
目前,我们定义超疏水材料表面稳定接触角要大于150°,滚动接触角小于10°。
新型超疏水材料的将十分广泛:
室外天线上,可以防积雪;
远洋轮船,可以达到防污、防腐的效果;
石油管道的输送;
用于微量注射器针尖,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染;
防水和防污处理。
一次世界机器人建模奥利匹克竞赛上有个选手计划制作在水上行走的蜘蛛,可是失败了,如果加上那个超疏水膜的话,应该能够成功,所以说超疏水材料有着巨大的发展前景。
在不久将来肯定会应用于更多的领域。
水黾是一种在湖水、池塘、水田和湿地中常见的小型水生昆虫,被喻为“池塘中的溜冰者”。
它体长约1厘米,在水上具有非凡的浮力:其腿能排开300倍于其身体体积的水量;在水面上每秒可滑行100倍于身体长度的距离,相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。
这种优异的水上特性缘于水黾特殊腿部微纳米结构和水面间形成的“空气垫”,阻碍了水滴的浸润,让它们在水面上得以快速而稳定地行走或奔跑,即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。
这种绝大多数动物都不具有的超疏水特性成为哈尔滨工业大学科研人员模拟研制新型超级浮力材料的灵感。
“这项研究可以有效提高交通工具的速度,节省一定能源,有可能引发交通、能源领域的一次革新。
”研究人员表示,这种材料可望用于制造具有重要潜在应用前景的水上交通工具,如水上机器人、微型环境监测器、船舶等。
由于超疏水结构能大幅度降低材料在水中甚至空气中的运动阻力,该项研究对设计高速水上、水下和空中交通工具也将具有重要参考价值。
超疏水现象是指与水的接触角
超疏水材料的表面改性方法及应用范围广泛,具有独特的性能和优势,下面将对超疏水材料及其应用进行详细介绍。
超疏水材料主要表现为接触角θ大于150°,滚动接触角α小于10°,这类材料在表面润湿性理论中有着重要应用。
固体表面的润湿性受化学组成与微观结构影响,接触角θ作为衡量指标,小于90°表示疏水性,大于90°表示可疏水性,90°为临界条件。
超疏水现象的理论解释包括Young方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型以及滚动角等。
其中,滚动角描述接触角滞后现象,与前进角和后退角之差相等。
研究发现,Wenzel模型与Cassie-Baxter模型可能同时存在,且在动态过程中可相互转换。
超疏水材料在工业领域具有广泛应用,包括金属防腐、防覆冰、自清洁、防水织物以及油水分离等。
在金属防腐方面,通过超疏水涂料改善金属基材的耐腐蚀性,有效延长使用寿命。
在防覆冰领域,利用超疏水表面的拒水性能延迟湿雪、冰或霜的积聚,减少结冰问题。
自清洁表面能自动清除污染物,如灰尘、颗粒等,显著提升工业与生活设施的清洁效率。
防水织物则通过超疏水涂层提高纺织品的防水性能,适用于各种防护服。
此外,油水分离技术中,超疏水材料因其高分离效率受到关注,广泛应用于工业废水处理和石油泄漏事故的应对。
除上述应用外,超疏水表面还应用于防雾、抗污与防垢、医疗领域如药物释放与牙科治疗等方面,展现出其广泛的适用性和多功能性。
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