[4]、大气水收集[5,6]、机械的润滑以及去污、乳化、防腐蚀[7]等等众多领域。

1。1 固体表面的润湿理论

1。1。1 理想固体表面的接触角模型——Young 氏方程

当液体与固体表面发生接触后，大多会以半椭圆形的状态附着在固体表面上。将液滴附 着于固体表面作为一个整体模型来研究。图 1。1 是该模型的横截面示意图。从图中可以看出， 在液滴左侧的三相交点处，固液与气液界面的切线之间存在一个夹角，称为接触角（θC）。固 体表面液滴的接触角是由于界面处存在相应的表面张力，固液、固气与气液三处界面的表面 张力达到力学平衡，使得液滴在固体表面上处于最低能态，因而液滴得以稳定存在于固体表 面。

理想光滑表面液滴的润湿模型

通常可以用平衡接触角θC 来反映固体材料的表面润湿性。而接触角的大小可以通过

Young 氏方程[8]进行推导，在均匀光滑的固体表面上，接触角需满足以下力平衡公式：γsg=γsl+γlg·cosθC （1）

其中，γsg、γsl、γlg 分别表示固气、固液、液气界面处的表面张力，θC 为平衡接触角。 固体材料的表面润湿性好坏可以通过测量液滴在该表面上的平衡接触角大小来衡量。由

于重力对液滴的影响不可忽略，接触角取值为 0°<θC<180°。如果θC=0°，则表明液体在固体表

面能完全铺展；0°<θC<90°，表明该液体可以润湿固体表面；90°<θC<180°，表面该液体不润 湿固体；θC=180°，表明该液体完全不浸润固体表面。通常，将接触角θC<90°的固体材料的表 面称作亲水性表面，反之，则称作疏水性表面。特别的，当液滴在固体材料表面的接触角非 常小（θC<5°）时，称该表面为超亲水表面；而当接触角非常大（θC>150°）时，则称为超疏 水表面[9,10,11]。

Young 氏方程一个很明显的不足之处在于该模型过于简化，并没有将固体材料的表面粗 糙度考虑在内，因此该方程只适用于固体材料表面完全光滑的情况。显然，真实的固体表面 必然会存在一定的粗糙度，并且表面的化学成分也不会均一分布。因此，固体表面的润湿性 必然也会受到表面化学组成以及固体表面微观形貌的影响[12,15]。不论是天然材料还是人工制 备的材料，具有光滑表面的固体，其疏水性都比较差，即使对这种固体表面进行化学修饰， 液滴的平衡接触角至多也仅能达到 120°左右[13,14]。因此，利用其它方法来多渠道地提高固体 材料表面疏水性是相当必要的，其中一个较为有效的方法就是改变固体材料表面的微观形貌

[15]。而对于这些存在一定粗糙度的固体表面，需要利用更为复杂的表面接触角模型来进行理

论分析。

1。1。2 粗糙表面的接触角模型——Wenzel 模型

将实际固液接触面积与表观固液接触面积的比值定义为固体材料的表面粗糙度。Wenzel 在对接触角模型进行分析时，首次将粗糙度对润湿的影响考虑其中。假设固体表面上的液滴 能够完全填充到粗糙固体表面的凹槽中，那么实际的固液接触面积将会大大高于表面观察到 的固液接触面积。根据这一假设，就可以在 Young 氏方程的基础上引入粗糙度的概念，即 Wenzel 方程[16]：

cosθr=r(γsg-γsl)/γlg=rcosθC （2）

其中，θr、r 分别表示表观接触角和固体材料的表面粗糙度。

当 r=1 时，固体表面就是标准的完全光滑表面，此时，可以将 Wenzel 方程简化为 Young 氏方程；而当 r>1 时，对于θC<90°的表面，θr 随着 r 的增大而减小；对于θC>90°的表面，θr 随 着 r 的增大而增大。这表明：对于原本呈现亲水性的表面来说，表面粗糙度的增加会使亲水 性表面更加亲水；同样的，对于原本呈现疏水性的表面来说，表面粗糙度的增加会使疏水性 表面更加疏水。另外，Wenzel 模型指出只要表面粗糙度达到 1/cosθC，固体表面的接触角即可 达到 180°，这一点显然是违背实际情况的。