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疏油疏水自清洁纳米涂料的荷叶效应怎么形成?

文章出处:东莞德圣龙涂料有限公司 人气:-发表时间:2017-09-04 09:28:00

  疏油疏水自清洁纳米涂料喷涂在金属表面上水的接触角大于90度时,为疏水表面,而接触角大于150度时,称超疏水表面,不仅疏水也疏油,成为所谓的双疏表面。由于水的表面张力为72mN/m,而油为20~30mN/M,仅通过表面张力的改变是很难达到双疏表面的。但人们发现天然界的荷叶,芸苔表面仅为一般的蜡覆盖,但与水的接触角可达160度,表现出超疏水的性质,这种现象被称为荷叶效应。水在蜡上的接触角不可能有如此之高,是什么原因使荷叶等具有如此好的超疏水性呢?


金属表面通用自清洁纳米防污涂料(防指纹).jpg

金属表面通用自清洁纳米防污涂料(防指纹)


  经研究证明这些天然植物表面无一例外地都非常粗糙。荷叶表面由无数微米级乳突组成,每个微米级乳突上又为无数纳米级乳突所覆盖,这种微纳结构造成荷叶具有极高的粗糙度。正是荷叶特殊的表面微观形貌,使它具有超疏水性。为了更好地了解荷叶效应,这里再一次讨论杨氏公式改写为:

   cos0=(ysg-ysl)ylg

  可以看出杨氏公式中本征接触角的大小只决定于表面张力,而表面张力是由化学组成决定的。从上节讨论知道接触角不仅和表面张力有关也和表面粗糙度有关,杨氏公式忽略了表面微观形貌对接触角的影响,因此杨氏公式只适用于光滑表面。当在粗糙表面上时,将粗糙度i引入公式,得到下式:

  Cos0=i(ysg-ysl)ylg

  0为在粗糙表面上的接触角,也可表示为

  Cos0=i.cos0

  当液体在平滑表面上的接触角大于90度时,i增加时,0遂渐增大,直至获得超疏水表面或双疏表面。

  在粗糙表面上的液滴并不一定能充满所有沟槽,在液体可能有空气存在,即有a

  Cos0=fs(1+com0)+1

  其中,0为本征接触角;0为表观接触角;fs为固体所占有面积分数即a/i.根据这个公式,具一定亲水性质的表面,若其表面具有高粗糙度的特殊纳米级微观结构,可使表面稳定地存在一定面积的空气,使液体与一定空气接触,也可得到超疏水表面。例如,在各种材料的表面上若有纳米尺寸几何形关互补的微观结构,如凹凸相间的纳米结构,由于纳米尺寸的凹表面可使吸附气稳定存在,所以宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜,使油和水无法直接和表面完全接触,此时表面便可呈超双疏性。

  超双疏的漆膜表面具有十分重要的意义。超双疏纳米涂料可以作为自清洁纳米涂料,可用于防止生物生长的自清洁纳米抗菌涂料。现在已有很多方法用于制造超疏水表面,如等离子表面聚合法、升华制孔法、化学沉积法,相分离法、模板刻蚀法和一步成膜法等,以上的物理或化学方法对制备大面积的涂层都有非常困难的。


此文关键字:疏油疏水自清洁纳米涂料