超疏水親油性材料研究的進展

韋映 楊娟 向晴 羅正龍 孫初鋒（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030）

超疏水親油性材料研究的進展

韋映 楊娟 向晴 羅正龍 孫初鋒（西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030）

本文主要對近年來國內外超疏水親油性材料性能的研究，以及超疏水納米材料的改進和其應用進行綜述；并分析比較目前各種超疏水性材料的制備方法。

超疏水表面；研究方向；制備方法；分析

固體物質表面具有浸潤性能，這種性能是由物質表面的化學組成和微觀幾何結構決定的。目前對固體物質表面具有特殊浸潤性能材料的研究層出不窮，如何調控固體材料表面結構使其具有特殊浸潤性，特別是使材料具有超疏水性能的研究備受科學家們關注。所謂超疏水性是指物質表面與水的接觸角大于150O，而與油類液體接觸角非常小。可是因為油狀液體擁有很低的表面張力，超疏水性材料的表面對于油狀物的低表面很難保持較高的疏水性，故很難達到要求的效果。由于這一特性致使超疏水材料在應用中受到很大的阻礙，故對超疏水性表面的研究已經成為相關領域關注的熱點［1］。

目前關于疏水表面的研究方向以下四種：一是利用無機物或者在其他物質表面制備出具有超疏水性能表面物質。如利用特殊的改性技術改性織物或固體表面，制備出疏水性物質；二是研究利用自然界中具有超疏水表面的植物和動物，利用其天然進化而成的超疏水表面結構開發具有超疏水性的新型材料。如高雪峰［2］等人對包括荷葉、蟬翼、水稻葉、水黽腿的研究，成功制得了超疏水性能材料，該材料具有較高的自清潔表面能力，擁有滾動各向異性表面、高黏附性超疏水表面等特殊性能；三是利用高分子材料制備出具有超疏水性的材料表面，如陳興隆［3］等人利用表面親油納米二氧化硅改變巖石表面潤濕性的研究。四是相關方面的理論研究，主要是利用構建模型等手段，來研究探討表面結構狀況和接觸角或者滾動角之間的關系。

1.制備方法

超疏水親油表面是一種特殊的固體，這種現象也比較特殊。理論上有以下兩種制備途徑：一種是利用化學手段，在粗糙的物質的表面進行相關修飾，用以改變物質的疏水性能，達到使物質表面具有超疏水性的目的；另一種是在疏水表面構建粗糙結構。目前有較多成熟的制備超疏水技術，如超疏水仿生材料法、化學物質修飾法、液相法等，在此對這幾種的方法加以簡單的評述。

1.1 超疏水仿生材料

該方法是利用自然界中具有超疏水表面的植物或動物得出靈感而制備出超疏水性表面膜，最成功的是根據荷葉的天然自潔能力得出的靈感，Jiang［4］等人利用聚苯乙烯為原料，再添加一定量的溶劑之后，制備出與荷葉具有相似功能的疏水性材料。科學家還通過對蟬、水黽、水稻葉子等天然對疏水動植物進行研究，期望通過探索天然超疏水生物表面的奧秘用以制備出人工仿生的超疏水表面，該方法需要對生物進行透徹研究，需要了解物質的物理結構，化學結構，將宏觀物質微觀化，且建立明確的體系與數學模型，故給該方面的研究增加很大難度，但是由于前面研究的發現，該方法又具有很大的研究價值和意義。

1.2 化學物質修飾法

該方法是利用低表面能物質（如十二烷基硫醇、全硅氟烷）等物質對固體表面進行修飾，使其具有超疏水性能。如張亞南［5］等人利用簡單的熱解法，制備出具有納米結構的大面積碳膜，然后再在膜表面利用氟硅烷進行表面修飾，制備出了大面積的超疏水納米材料。這種化學修飾法操作簡單可行，反應條件要求不高，設備簡單常見，而且制備出的材料可以重復使用，成本較低，故易于投入規模生產，有利于工業化。

1.3 液相法

該法是利用溶液膠-凝膠法制備薄膜時，利用熱處理、沸水處理、脂肪酸修飾等方法制備出具有超疏水性能的薄膜。該方法不僅能夠使物質表面具有超疏水性，而且在一定條件下，如在真空紫外光照和暗室保存的循環作用下，可以使物質表面在超疏水/超親水性能間的相互逆轉變等效果。該方法不僅能改變膜的疏水性能，而且能通過利用不同的反應條件，能對納米膜表面的形貌、軸方向、結構進行不一樣的改性，這種方法有望在微流體器件上進行廣泛的應用。

2.結語

隨著科技的發展，超疏水材料在各個領域具有廣泛的影響，逐漸深入人們的生活。然而，這些材料目前還面臨著很多困難，如技術復雜、生產成本過高等缺陷，使得技術難以投入生產，無法達到規模化。因此對超疏水親油等新型材料進行更進一步深化研究改良也就具有十分重要的現實意義。

［1］盧晟，李梅.超疏油表面研究進展［J］.上海：材料導報，2013，27（6）：13.

［2］高雪峰，江雷.大面積超疏水性納米結構碳膜的制備與表征［J］.物理，2006，35（7）：559-564.

［3］陳興隆，秦積舜，李治平.表面親油納米二氧化硅改變巖石表面潤濕性的研究［J］.油田化學，2005，22（4）.

馮琳.超疏水天然材料［D］.北京：中國科學院物理研究所. 2005.

［4］Nakajima A.，Fujishima A.，Hashimoto K.，et al..Adv.Mater.［J］，1999，11：1365-1368.

［5］張亞南，夏帆，王女，等.大面積超疏水性納米結構碳膜的制備與表征［J］.高等學校化學學報，2007，28：568-570.

項目來源：國家級大學生創新創業計劃項目，項目編號：201410742001。

韋映（1992-），女，現就讀于西北民族大學化工學院。