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1.3 超疏水表面
1.3.1 超疏水现象
润湿是一种在人类社会生活以及自然界中普遍存在的共同界面现象，润湿是一种固体表面性质[30]，与自然界和人类社会的生活和生产行为息息相关。在生活中我们随时随地都可以发现一些与润湿有关的现象，比如雨滴轻松地从荷叶上滑落，雨水将树叶冲洗的很干净，洗碗时水在碗碟表面铺散开来，散落的水银会在玻璃表面形成小水银珠等等。
超疏水现象是固体表面润湿的一种特殊现象，这种现象在人类生活和自然界中同样也是随处可见，所谓的超疏水表面是指固体表面与水的接触角大于150°且滚动角小于10°。超疏水植物所具有的特殊的超疏水结构赋予了它们一种自清洁能力，这种自清洁能力就是所谓的荷叶效应(lotus effect)，荷叶效应一经发现就吸引了很多研究人员的广泛关注。而人们最早开始关注并研究超疏水现象就是受到荷叶效应的启发[31]，例如雨滴滴落在荷叶表面的时候会很快地从荷叶表面滑落，雨滴滑落的同时也会将荷叶表面上粘附的污渍和灰尘一并带走，使荷叶表面恢复清洁干净如洗；水黾的腿[32]、蝉的翅膀还有动物的羽毛等都具有这种特殊的能力，使得水黾能够在水面上自由行走、蝉能够在雨天正常飞行、鸟的羽毛在雨天不被淋湿。
1.3.2 超疏水表面简介
超疏水表面的突出特点之一是具有很好的自清洁能力。在人们从自然界中发现荷叶效应之后，科学家们就对荷叶具有自清洁能力的原因进行了深入的研究，主要是对其表面结构进行研究。Barthlott和Neinhuis观察研究了荷叶的表面结构，他们在其表面上发现了大量的微米级乳突，而乳突上则存在纳米级蜡状物，他们认为超疏水的自清洁效果是由粗糙表面上的微米级乳突和纳米级蜡状物共同引起的[18,31]。
正是由于超疏水表面具有多种独特而实用的性能，所以其应用受到了广泛关注[33~37]。超疏水材料在人们的现实生活中被应用地很广泛：超疏水表面的自清洁能力可应用在陶瓷、玻璃、木材等建筑用材料上，超疏水材料也可以在汽车车身上使用，在很大程度上减少了人工清洗的工作量，节省了大量的人力物力。超疏水材料在航空航天、航海领域也有涉及，在这方面主要是应用了它的抗腐蚀和减阻的性能。超疏水材料还可以用在书籍类文物保护方面，它可以有效地保护博物馆、图书馆、档案馆等等这些地方里收藏的文物，防止它们受潮、发霉。正是因为超疏水材料在人们的生活中不可或缺，所以研究制备超疏水表面具有重要的意义[38]。
1.3.3 超疏水表面的理论基础
固体表面的润湿性能通常用液滴在固体表面的接触角来衡量。接触角的定义如下：将一滴液滴轻轻滴在固体表面上，在固、液、气三相达到接触平衡时如图1.1所示，那么此时就把液滴内部固/液界面和液/气界面的夹角称为接触角，通常表示为θ。Young对理想表面（光滑且均匀的表面）上表面张力和液滴的接触角进行了分析，得到了Young’s方程：
（1）
式中：γsg—固/气界面的表面张力；γls—液/固界面的表面张力；γlg—液/气界面的表面张力，θ为三相平衡时液滴的接触角值。
图1.1 接触角定义