1  绪论

1。1  引言

人们对于超疏水表面的认识主要是来自于植物的叶片-荷叶的表面“自清洁”效应[1-3]。研究发现，荷叶表面具有独特的微细纳米级双重复合结构以及天然荷叶外侧上覆盖的一层近似蜡状结构物质使荷叶外侧具有良好的超疏水性能，这为仿生超疏水表面的构建提供了新的思路[4-6]。随着人们对于仿生结构表面的研究速度的加快，对超疏水表面的结构有了更加清醒的认识，真正使表面具有超疏水性能的最重要原因是仿自然生物结构的表层纳米级双重复合构造[7-9]。这种特殊的表面结构，为表面产生良好的疏水性能提供了可能，目前仿生超疏水所采用的制备方法都是通过更高程度的模拟这种微观结构，得出良好的细微纳米双重构造，然后利用低表面能物质氟硅烷等对物体表面进行修饰，使其对水的亲附性大幅度降低，从而使物体表面具有超疏水性能。

制备超疏水表面时，我们需要通过润湿性来对疏水表面的性能进行测量，而润湿性其中最重要的一个衡量标准就是液体与固体的表面接触角。最近几年，因为与水的表面接触角大于150°的超疏水表面在工业建筑材料领域、表面清洁领域、雷达表层的防护、工业用品防腐、船舶的外壳保护以及汽车工业制造等方面的广泛应用，而受到了广泛关注[10-12]。因为超疏水表面各工业产业制造价值以及生产方面的重要作用，其疏水机理也成为了科研人员关注的焦点。

长久以来，人们意识到了表观接触角很大程度受粗糙度的影响，目前应用最为广泛的两种理论：Wenzel的完全湿接触模型理论和Cassie的复合接触模型理论[13,14]。根据上述理论，我们知道制备具有疏水性能的超疏水表面分为最为主要的两种方法：①在疏水材料表面构筑粗糙结构；②通过氟硅烷等能降低表面能的物质对构建出的凹凸不平的结构表面进行修整。目前，开发出了多种在金属基体上构筑超疏水表面的方法：如电化学沉积法[15,16]、阳极氧化法[17,18]、化学腐蚀法[19]等。本研究通过对荷叶这一天然超疏水表面的观察，采用天然白送和柳桉作为实验材料，通过烧结后，两种材料的木炭疏水性良好，然后采用电镀的方法，利用较大电流密度对白松和柳桉木炭进行电镀，从而改变铜镀层的表观形貌，获得了经氟硅烷等低表面能物质修整后具有表层超疏水性的表面。

1。2  超疏水表面的性能

在自然物种发展进化的过程中，人们遵从师法自然的思想，在仿生结构材料领域取得了突飞猛进的进展。在超疏水表面材料的制备方面，自然界的动植物如蝴蝶的翅膀、水蝇的腿、植物叶片、昆虫的外壳等都为超疏水表面的制备提供了灵感。自然物种拥有神奇的天然性能，我们所熟知的荷叶表面，当雨水露珠滴落时，不会粘附于荷叶表面，会轻易地从荷叶表面滑落，并且荷叶能够一直保持着表面清洁等特点引起了科研人员的广泛兴趣，因此仿天然植物荷叶表观的超疏水材料得到了快速的发展。从1930年开始，仿生超疏水表面的应用开始为人们所熟知。仿生结构的疏水表面拥有许多意想不到的优秀性能，例如抵御泥水污染、防止各种化学腐蚀、保持自身表面洁净等特点。科研人员通过模仿自然界生物结构制备了许多性能优异的超疏水表面。超疏水表面要求与球状滴滴的表观接触角一定要超过150°，而且球状液滴在表面的滚动角度的大小要低于2°。接触角是指在气体相、液体相、固体相三种物相接壤处，流动的液体自固相与液相界面到气相与液相界面之间的夹角，它的大小是由三种界面张力的相对值共同决定的，滚动角则指水滴与表面接触时前进与后退的角度之差，它表示的是具有超疏水性的表层对于球状液滴的流动阻滞现象，一个真正意义上的超疏水表面应该是既具有较小的球状液滴滚动角，又具有较大的接触角。