此处,Φs为接触表面上固液接触面积占总接触面积的百分比。我们可以发现,如果增加固气接触面积比例的话,那么表观接触角就会增大,提升了其疏水性能。所以,我们可以通过控制表面粗糙度来得到相对的表面疏水性能。
图1-4 Cassie-Baxter模型示意图
将两种模型进行对比后我们会发现,当液滴处于Wenzel状态时,液滴很大一部分进入了凹槽,与固体表面接触面积大,因此很难从固体表面上滚落,滚动角大,而Cassie-Baxter则滚动角小,呈现为理想的超疏水表面。实际上,固体表面并不一定能用这两种模型来说明,也有存在着多个平行凹槽或凹坑的表面,这种表面的疏水性能就不能用粗糙度系数r来表征[10]。最近研究表明,只能当液滴的尺寸远大于固体表面粗糙度尺寸时,才能用这两种模型说明[11],所以固体表面超疏水现象的说明仍需要更多的研究。
1。3 超疏水表面的制备方法
自Barthlott和Neinhuis研究荷叶表面,并将其表面微观结构与疏水性能联系起来以后,出现了多种多样的制备超疏水表面的方法。一般来说,分为两种方法,一种是直接在粗糙固体表面上修饰低表面能的物质,另一种则是在低表面能材料上构建粗糙结构[12]。根据使用的材料,我们可以将制得的涂层分为有机物超疏水涂层和无机物超疏水涂层。有机物超疏水涂层可通过模板法、相分离法等途径制得;无机物超疏水涂层可通过溶液凝胶法、逐层吸附法等途径制得。文献综述
1。3。1 模板法
模板法是将不规则物体放于聚合物材料上,使聚合物受挤压,硬化后成型,得以复制不规则表面,制备出粗糙结构的有机物薄膜。Sun等人[13]将聚二甲基硅氧烷硅(PDMS)浇筑到荷叶表面,并通过二次浇注得到了与荷叶表面相同的薄膜,并且超疏水性质也与其相似。周明等人[14]通过在硅片和K9玻璃表面上刻出了独特的光栅结构并二次浇注后,得到了具备特殊光栅形貌的PDMS表面。江雷等人[15]采用了一种多孔的氧化铝模板滚筒,并且通过使其滚动前进来将熔融聚碳酸酯(PC)薄膜热压剥离,以获得超疏水薄膜。模板法制作步骤简单,模板可多次使用,工作效率高,但对于复杂表面的制备比较困难,且所得表面的力学性能不一定优秀,无法应用于大面积涂层的制备。
1。3。2 相分离法
相分离法是将聚合物溶液浇注到基底上成膜时,通过控制制备条件(如引入不良溶剂、热处理等)使相发生分离。该方法操作简便,可制备大面积涂层,可采用可溶解的聚合物(如溶剂型涂料的基础成膜物质),形成高孔隙度和粗糙度的涂层,故应用前景广泛。起初,H.Y Erbil等人[16]以聚丙烯(PP)为原料,对二甲苯为溶剂,为了得到多孔结构,实现超疏水性,采用了调节不良溶剂比例和控制温度的方法。徐坚等人[17]利用聚甲基丙烯酸甲酯-氟封端聚氨酯(PMMA-FPU)同时实现了疏水性和疏油性,过程中由PMMA相形成微米结构,FPU在PMMA微米结构表面发生微相分离构成纳米结构。