自然界中有着许多的超疏水现象,例如一些翅昆虫的翅膀与眼睛,由于具有超疏水性,可通过轻易的一些摆动即可去掉落在翅膀或眼睛上的水滴,液滴等,因此不管在晴天还是雨天,许多翅昆虫都能较好的生存。自然界中很多植物的叶片也具有超疏水能力,如荷叶、水稻叶、棕叶等。细看这些叶片,其表面并不光滑,有很多微纳米凸起。当雨水落在这些叶片上,雨水只与凸起尖端形成点接触,表面黏附力很弱。因此水可凝成水珠,并能在叶片表面随意滚动,同时带走表面灰尘。荷叶等叶片正是利用这种微纳米凸起构造实现了超疏水性。
生活中,很多器部件粘上水气后较难清理,并会影响器部件功能生产的发挥,因此人们希望这些器部件具有超疏水性能(与水接触角大于150°)。如太阳能电池板、浴室玻璃、下水管、太阳能热水器、室外天线、船舶壳体、燃料电池等。因此超疏水材料得到了广泛的研究和应用。
目前人们通常模仿叶片构造,在器部件上加工出粗糙表面,从而使其具有超疏水能力。然而,人们即使采用目前最高水准的技术和仪器,还是难以仿制出荷叶等经亿万年优化的精细构造,这也限制了材料疏水性能的进一步提高。
由此,本研究利用木材植物作为模板,通过在环氧树脂聚合物表面压印的方法,获得具有植物表面构造的聚合物超疏水表面。测试研究这种材料的疏水性能,期望植物构造能赋予该聚合物超疏水性能。
1。2 遗态材料概述
材料研究领域最近出现了一个新概念,它被称为遗态材料。遗态材料是利用动植物通过许多年的自然选择和优胜劣汰而变化形成的多层次、多结构的、不同的分级形貌和结构作为基本模板,采用人工耦合处理,利用了生物模板原本的结构和形貌的遗传规律,化学成分的变化,以此来制备出既保持生物模板的良好精细形貌和结构,而且还有人为加入的新特性和新功能的具有优良性质的复合材料。
1。3 超疏水表面的理论基础
固体的浸润性是固体表面的一个重要特征,而衡量材料表面疏水性的主要指标是静态接触角(CA),静态接触角指的是,在固-液-气三相交界点,由固—液界面经过液体内部到液—气界面的切线与固—液界面直线的夹角,它是衡量材料表面浸润程度的指标,往往用θ表示,如图1。1所示。
当θ<90°时,说明材料表面具有亲水性的特性,也就是材料表面易被液体浸润,其角度越小,表示该材料表面的润湿性越好,通常来说材料表面能越高则材料表面润湿性就越强;
当θ>90°时,说明材料表面具有疏水性的特性,也就是材料表面不容易被液体浸润,该角度越大,说明疏水性越好,通常情况来说材料表面能越低的材料表面疏水性就越强;
而当材料表面与水滴的接触角大于150°时,这样的材料我们称为超疏水材料。
图1。1 静态接触角(CA)示意图
1。4 超疏水表面的应用
在大自然当中有着许多神奇,荷叶的神奇便是其中之一,材料工作者们希望能将这种神奇的“荷叶效应”应用到材料领域。至今,通过人工制取的超疏水材料主要有超疏水金属表面以及超疏水薄膜材料,还有防水防污织物等方面。由于超疏水性能具有优良的自清洁、防腐蚀能力,还有极强生物相容性等等一系列优良的性能,因此广泛应用于日常生活、国防等领域中。
例如,在日常生活领域。超疏水表面材料可运用于类似天线等容易暴露在恶劣环境下的一些设备,它能在雨雪天气不受环境影响,从而有效的接收各种信号。同时,超疏水材料还可以用于建筑外层玻璃及涂料上,利用超疏水材料的自清洁能力能有效提高建筑的抗污能力。