談超雙疏材料表面的構(gòu)筑及研究現(xiàn)狀

楊 笠（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽 618000）

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談超雙疏材料表面的構(gòu)筑及研究現(xiàn)狀

楊 笠
（四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 德陽 618000）

摘 要：超雙疏材料具有抗油拒水等功能，在油水共存的環(huán)境下發(fā)揮著非常重要的作用。因此，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)超雙疏材料的應(yīng)用給予高度的重視，本文系統(tǒng)地闡述了超雙疏材料的概念，并在此基礎(chǔ)上闡述了超雙疏材料的研究進(jìn)展，旨在進(jìn)一步擴(kuò)大超雙疏材料的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：超雙疏材料；表面結(jié)構(gòu)；抗黏附能力

自上世紀(jì)90年代以來，超雙疏材料在水環(huán)境下的自清潔、防結(jié)冰等方面得到了廣泛應(yīng)用，并獲得了廣大使用者的好評(píng)。由于固體表面即可能接觸到水，也可能接觸到其他，較小的液體，因此，超雙疏材料的自清潔能力受到了一定的限制，因此，尋求有效的解決方法，提高超雙疏材料的應(yīng)用效率，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍勢(shì)在必行。下面系統(tǒng)的闡述一下超雙疏材料表面的構(gòu)筑方法。

1 超雙疏材料表面的構(gòu)筑特點(diǎn)

超雙疏材料的表面結(jié)構(gòu)主要由表面微納米結(jié)構(gòu)和避免化學(xué)組成共同構(gòu)成的。由此可知，我們可以通過兩種途徑，對(duì)超雙疏表面進(jìn)行構(gòu)筑，這兩種途徑分別是：疏水表面粗糙化和粗糙表面輸水化。具體來說，將疏水表面粗糙化這種途徑會(huì)導(dǎo)致超雙疏材料的固體表面的疏水性的降低[1]。因此，在對(duì)該途徑進(jìn)行研究的過程中，我們應(yīng)當(dāng)先對(duì)其進(jìn)行固體表面的粗糙化，然后在利用低表面材料對(duì)粗糙表面進(jìn)行處理，這樣對(duì)于保持超雙疏材料的穩(wěn)定性具有非常重要的作用。對(duì)超雙疏材料的表面實(shí)現(xiàn)粗糙化，主要包括兩種方式，一是自下而上的方法，主要包括自動(dòng)裝技術(shù)以及電紡絲技術(shù)等；二是自上而下的方法，主要包括模版飯以及納米壓印技術(shù)。下面系統(tǒng)的幾個(gè)有關(guān)于超雙疏材料表面構(gòu)筑方法：

1.1 溶膠—凝膠法

該種方法是先配備一定的前體液，并將這些前體液用水解縮合后將其逐步聚合成凝膠，最后將凝膠干燥，從而制作出納米材料的一種方法。通過該種方法我們可以修飾二氧化硅粒子。值得注意的是，這種方式不利于確保超雙疏材料的穩(wěn)定性，難以實(shí)現(xiàn)大范圍的應(yīng)用。研究人員為了有效的彌補(bǔ)該不足，擴(kuò)大該方法的應(yīng)用范圍，通過將二氧化硅納米顆粒和聚二甲基硅氧烷進(jìn)行燒結(jié)的形式，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)表面進(jìn)行疏水化處理，從而確保超雙疏材料表面的穩(wěn)定性。

1.2 自組裝發(fā)

該方法將分子通過非化學(xué)鍵合力的方式有序的整合在一起，從而形成一定的微納米結(jié)構(gòu)，這種微納米結(jié)構(gòu)具有一定的粗糙度。但是，值得注意的是，該結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，他不會(huì)因?yàn)橐莩鰵怏w等原因出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌等現(xiàn)象，通常情況下，我們可以將該方法用在活化處理納米粒子表面等方面。該種方法的應(yīng)用一方面能夠在小面積范圍內(nèi)構(gòu)筑超雙疏材料，對(duì)條件的要求也不高，正因如此，我們很容易自行操作。但是，值得注意的是，在溶液中自組裝過程中的納米顆粒很有可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚等問題，從而直接影響超雙疏材料的性能。

1.3 刻蝕技術(shù)

該方法主要是依照對(duì)表面進(jìn)行可選擇腐蝕或剝離的技術(shù)，對(duì)超雙疏材料的表面進(jìn)行粗糙化的處理，可以通過刻蝕技術(shù)在多種基底上實(shí)現(xiàn)超雙疏材料的構(gòu)建，值得注意的是，該技術(shù)所形成的表面會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈的紫外線照射而產(chǎn)生性能不穩(wěn)定等現(xiàn)象，可以說超雙疏材料的壽命相對(duì)較短。

1.4 納米壓印技術(shù)

1955年納米壓印技術(shù)提出，該技術(shù)提出的主要目的在于制作微米結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的圖形，并結(jié)合特殊潤濕性能實(shí)現(xiàn)維納粗糙結(jié)構(gòu)的要求，隨著相關(guān)研究的進(jìn)一步開展，該技術(shù)逐步被應(yīng)用到制備超雙疏表面所需要微納結(jié)構(gòu)上來，筆者認(rèn)為，該技術(shù)同其他技術(shù)相比，具有效率高、分辨率高、成本較低等優(yōu)勢(shì)，可以說，在未來的一段時(shí)間內(nèi)，該技術(shù)的前景是非常廣闊。

超雙疏材料的構(gòu)筑方法多種多樣，除了上述構(gòu)筑方法外還包括其他類型的構(gòu)筑方法，例如化學(xué)氣相沉積法等等，這些方法從一定程度上促進(jìn)了超雙疏材料的應(yīng)用。如果我們能夠大面積的應(yīng)用超雙疏材料，我們可以采用后兩種方法，后兩種方法要比前兩種方法更經(jīng)濟(jì)、更實(shí)惠，但若是應(yīng)用面積相對(duì)較小，則我們可以運(yùn)用前兩種構(gòu)筑方法。也就是說，超雙疏材料的使用者應(yīng)當(dāng)做到從實(shí)際出發(fā)，深入的了解自身實(shí)際情況，靈活的應(yīng)用各種構(gòu)筑措施。

2 超雙疏材料表面的應(yīng)用

超雙疏材料同時(shí)具備兩種屬性，這兩種屬性分別為：超疏水和超疏油。超雙疏材料的這些特點(diǎn)，決定了該材料的廣泛應(yīng)用性。例如，在日常的油污環(huán)境下，超雙疏材料能夠?qū)崿F(xiàn)自身的清潔，還能夠?qū)崿F(xiàn)防腐蝕、防結(jié)冰等功能，可以說，該材料的應(yīng)用對(duì)于水和油的運(yùn)輸具有非常重要的意義。現(xiàn)階段，雖然超雙疏材料的應(yīng)用范圍得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大，但是，由于超雙疏材料性能穩(wěn)定性較低的原因，導(dǎo)致其在使用范圍方面還會(huì)受到一定的限制，正因如此，我們必須加大對(duì)超雙疏材料穩(wěn)定性方面的研究，進(jìn)一步延長超雙疏材料的使用壽命，從而擴(kuò)大超雙疏材料的應(yīng)用范圍。筆者通過長期的研究與實(shí)踐認(rèn)為，在應(yīng)用超雙疏材料的過程中，我們應(yīng)當(dāng)做到充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，回避其劣勢(shì)。

2.1 自清潔能力

根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，超雙疏材料能夠充分利用雨水沖淋等形式將附著于材料表面的灰塵、油污等清潔掉，所以說其具有較強(qiáng)的自我清潔功能，除此之外，超雙疏材料還能夠?qū)τ谟臀巯碌幕覊m進(jìn)行清理，通常情況下，我們可以將超雙疏材料應(yīng)用到諸如陶瓷、玻璃等領(lǐng)域。超雙疏材料的應(yīng)用一方面有利于節(jié)約水資源，另一方面也能夠保持潔凈，可以說是一舉多得[2]。

現(xiàn)如今，我國已經(jīng)開始廣泛研究起了織物表面的自清潔性能，希望其能夠得到進(jìn)一步提高。但是，植物的透氣性能與自清潔能力通常情況下難以統(tǒng)一在同一織物當(dāng)中，這就要求，我們?cè)谥苽渥郧鍧嵅牧蠒r(shí)，創(chuàng)造性的將二氧化鈦同織物有機(jī)的結(jié)合在一起，這種方式使得織物在不用水清洗的情況下就能夠清洗干凈，煥然一新。以二氧化鈦為基礎(chǔ)的光催化特性，可以對(duì)空氣中無處不在的二氧化鈦進(jìn)行清潔，從而確保空氣的清新干凈。

2.2 防粘附表面

從名字我們就可以看出來，防粘附表面是指通過應(yīng)用超雙疏材料的應(yīng)用，防止相關(guān)物品的粘附。根據(jù)具體效用的不同，我們可以將超雙疏材料分為若干部分，例如防腐蝕、防油漬、防止結(jié)冰等等。例如，在石油的輸送中應(yīng)用超雙疏材料，它的防油性能夠有效的解決石油附著于管道的問題，從而降低能源的損耗。不僅如此，如果我們能夠有效結(jié)合鋁、合金等相關(guān)材料，我們還能夠?qū)⒊p疏材料的質(zhì)量輕、性能好的優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來。超雙疏材料的防油漬和防腐蝕的特性一方面降低了損耗，另一方面也延長了相關(guān)材料的使用壽命。這也是近些年來超雙疏材料的研究范圍越來越高的主要原因之一。近期，相關(guān)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我們可以在硅片表面采用激光燒蝕技術(shù)來構(gòu)建特殊的超雙疏表面，從而減小液滴同固體表面的控制時(shí)間，從而達(dá)到防水的目的，筆者通過長期的研究與實(shí)踐認(rèn)為，超雙疏材料的這種性能可以應(yīng)用到相關(guān)的電子產(chǎn)品當(dāng)中，這樣能夠有效避免電子產(chǎn)品由于接觸液滴而導(dǎo)致的損壞[3]。

2.3 液體的定向運(yùn)輸

我們?cè)谏锛?xì)胞的分離以及膜分離等相關(guān)領(lǐng)域能夠經(jīng)常看到液體定向運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用，如果將定向運(yùn)輸同超雙疏材料有機(jī)的結(jié)合在一起，就可以將超雙疏材料防水、防油的特性充分的展現(xiàn)出來，從而促進(jìn)超雙疏材料的迅速發(fā)展。通過這種結(jié)合，可以有效的防治液體透過織物。

除此之外，液體的定向運(yùn)輸還可以通過表面上的接觸來實(shí)現(xiàn)，以微電系統(tǒng)為基礎(chǔ)的微型泵可以有效根據(jù)內(nèi)壁濕潤性能的梯度性變化實(shí)現(xiàn)控制離散液滴的定向運(yùn)輸，相關(guān)研究的表明，從一定程度上來說提高了超雙疏材料的應(yīng)用性，極大的擴(kuò)展了超雙疏材料表面對(duì)不同界面的張力。在未來的一段時(shí)間里，我們甚至有希望將其應(yīng)用到混合液體的分離當(dāng)中，為社會(huì)的發(fā)展，相關(guān)研究的順利進(jìn)行做出貢獻(xiàn)。

2.4 減阻材料

如果運(yùn)動(dòng)物體的表面附著了水和油，物體在運(yùn)動(dòng)過程中就會(huì)受到強(qiáng)大阻力的影響，從而消耗自身的能量[4]。而超雙疏材料的應(yīng)用則可以充分利用潛藏在其微納結(jié)構(gòu)中的空氣來減小運(yùn)動(dòng)物體的阻力，提高運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)效率，由此可見，將超雙疏材料應(yīng)用到小輪船等運(yùn)動(dòng)物體上能夠起到提高輪船速度，減小空氣阻力的目的。不僅如此，將超雙疏材料應(yīng)用到完全浸泡在水下的運(yùn)動(dòng)物體上，還能夠起特殊的濕潤性功能。

今后，超雙疏材料的研究發(fā)展方向應(yīng)明確為兩個(gè)方向，一是更簡(jiǎn)易的方向，在研究超雙疏材料的諸多功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)以超雙疏材料的實(shí)際應(yīng)用為依據(jù)，使超雙疏材料的應(yīng)用變得更加方便適用。二是在超雙疏材料的上述功能之外，還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)功能的研究，從而使超雙疏材料的應(yīng)用范圍得以進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 結(jié)語

總而言之，超雙疏材料的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)展，因此，我們應(yīng)當(dāng)對(duì)超雙疏材料的研究工作給予高度的重視，不斷的發(fā)現(xiàn)超雙疏材料的新性能，進(jìn)一步擴(kuò)大超雙疏材料的應(yīng)用范圍。當(dāng)然，在研究超雙疏材料的時(shí)候，我們不應(yīng)當(dāng)僅僅依靠相關(guān)科研工作者，大家應(yīng)共同努力，只有這樣，超雙疏材料才能夠得到進(jìn)一步的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛心悅,吳超.固體表面保潔技術(shù)研究進(jìn)展[J].清洗世界,2011(01):16-26.

[2]賴躍坤,陳忠,林昌健.超疏水表面黏附性的研究進(jìn)展[J].中國科學(xué):化學(xué),2011(04):609-628.

[3]鮑艷,張曉艷,馬建中,魯娟.超疏水表面的構(gòu)筑及其研究進(jìn)展(二)[J].印染,2014(10):49-53.

[4]馮磊,徐壁,蔡再生.導(dǎo)電雙疏滌綸織物制備與性能研究[J].表面技術(shù),2015(05):91-95.

作者簡(jiǎn)介：楊笠（1989-），女，四川彭山人，碩士研究生，助教，研究方向：材料表面改性。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.223