文档介绍：超疏水表面
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超疏水表面
我们先来认识“超疏水表面”。
以液体水为例，通常将与水接触角小于90°的固体表面称为亲水表面，大于90°称为疏水表面；特别地，与水接触角大于150°的表面称为超疏水表面。具有超疏水的特殊浸润性表面是近年的研究热点。
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超疏水理论
静态接触角
降低固体的表面自由能，能够提高固体表面的疏水性。但是，仅仅依靠降低物质表面自由能是无法达到超疏水的。实际上，固体表面通常并不平整，表面的粗糙结构对接触角有很大影响，因此必须对表面的粗糙因子加以考虑。
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超疏水理论
Wenzel和Cassie对粗糙表面的浸润性进行了研究，并分别提出了各自的理论。
假设粗糙表面具有凹槽和凸起结构
Wenzel理论
Cassie理论
液体完全渗入到所接触的粗糙表面凹槽中
每个凹槽内截留有空气，水无法渗透入凹槽内，导致空气滞留在表面凹陷处
表面疏水时，增大固体表面粗糙度能增大表面的疏水性
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超疏水理论
两种模式的示意图
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超疏水理论
两种模式的关系
对于一个具有相同粗糙度的表面，既有可能与表面发生湿式接触处于Wenzel模式，也有可能与表面发生复合接触处于Cassie模式。
　　一般来说，如果固体表面疏水性较低，水滴容易渗入表面凹槽中而处于Wenzel模式；反之，如果固体表面疏水性高，水滴难以渗入到凹槽中将空气挤压出去而处于Cassie模式。
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超疏水理论
接触角滞后
仅仅以静态接触角作为表面超疏水的判断依据不够全面，必须对前进接触角（θA）和后退接触角（θB）加以考虑。
前进角总是大于后退角，两者的差值△θ=（θA-θB）称为接触角滞后。
粗糙固体表面的接触角滞后，不仅与表面粗糙度的大小有关，而且与表面的具体几何结构以及该结构产生的三相接触线有关。
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超疏水理论
接触角滞后
Johnson等考察了一系列具有不同粗糙度的蜡表面，当粗糙度比较低时，随着表面粗糙度的增加，接触角滞后逐渐增大；但当粗糙度超过一个临界值后，接触角滞后则逐渐减小。这一现象的发生，正是由于粗糙度的不断增大导致水滴对表面的接触方式由Wenzel模式逐渐向Cassie模式转变的结果。
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超疏水表面制备技术
超疏水表面的制备有两种途径，一种是直接在低表面能材料表面构建粗糙结构，所使用的材料主要是***碳化合物、硅树脂以及其它的一些低表面能有机化合物。该方法比较简单，但受到材料的限制。
另一种则是通过对具有高表面能基底材料如金属、金属氧化物、无机材料等表面进行粗糙化，然后修饰低表面能的物质（如***硅烷）。这种方式丰富了超疏水表面的制备方法，拓宽了超疏水表面的应用范围。
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