超疏水原理【知识应用】.ppt

超疏水涂层导读超疏水涂层导读辛辉辛辉 金桃燕金桃燕1骄阳书苑内容简介1.超疏水现象超疏水现象2.超疏水表面的基本理论超疏水表面的基本理论4.超疏水性的功能及应用超疏水性的功能及应用3.超疏水表面的构造方法超疏水表面的构造方法5.目前研究与实用的状况目前研究与实用的状况2骄阳书苑超疏水现象3骄阳书苑4骄阳书苑超疏水表面基本理论光滑表面的光滑表面的yang氏方程氏方程粗糙表面的Wenzel方程粗糙表面的粗糙表面的Wenzel方程方程粗糙表面的粗糙表面的Cassie方程方程Wenzel方程和方程和Cassie方程的适用性方程的适用性接触角滞后接触角滞后粗糙表面粗糙表面Wenzel状态和状态和Cassie状态的关系状态的关系水滴在超疏水表面的动态润湿性水滴在超疏水表面的动态润湿性5骄阳书苑杨氏方程表面张力：表面张力：分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，所以有净吸分子在体相内部与界面上所处的环境是不同的，所以有净吸力存在，致使液体表面的分子有被拉入液体内部的倾向，所以任何液体表面都力存在，致使液体表面的分子有被拉入液体内部的倾向，所以任何液体表面都有自发缩小的倾向，这是液体表面表现出表面张力的原因。

有自发缩小的倾向，这是液体表面表现出表面张力的原因 广为接受的光滑表面上的广为接受的光滑表面上的Yong氏方程描述了固液气三相界面上液氏方程描述了固液气三相界面上液体对固体的本征静态接触角和三相间的表面张力的关系：体对固体的本征静态接触角和三相间的表面张力的关系： 6骄阳书苑 当θ> 90°时表现为疏水性 θ<90°时表现为亲水性7骄阳书苑Wenzel方程 Wenzel 发现表面的粗糙结构可增强表面的浸润性,认为这是由于粗糙表面上的固液实际接触面积大于表观接触面积的缘故可用 表面粗糙因子（r）衡量,其值为表面的实际面积与几何投影面积之比8骄阳书苑9骄阳书苑10骄阳书苑在平衡状态时表面能应最小,即dE=011骄阳书苑r 为表面粗糙因子,其值为表面的实际面积与几何投影面积之比在平衡状态时表面能应最小,即dE=012骄阳书苑r 为表面粗糙因子,其值为表面的实际面积与几何投影面积之比在平衡状态时表面能应最小,即dE=013骄阳书苑Cassie方程Cassie 发展了Wenzel 理论,假定水与空气的接触角为180°,提出粗糙的低表面能表面具有超疏水性的机理,用以描述水在粗糙固体表面上的接触角θc14骄阳书苑Cassie方程式中f 为水与固体接触的面积与水滴在固体表面接触的总面积之比。

15骄阳书苑Wenzel方程和方程和Cassie方程的适用性方程的适用性•Wenzel方程和Cassie 方程不适用于宏观尺度组成不均一的表面，也不适用与化学成分不均一的表面16骄阳书苑接触角滞后 向某一固体表面上已达平衡的水滴通过加水或抽水的方式来使接触角增大或减小,•定义接触线开始前移时的临界接触角为前进角前进角(θa ) ,•而接触线收缩时的临界接触角为后后退角退角(θr ) ,•两者的差值(θa -θr ) 称为接触角接触角滞后滞后•表观接触角则处于前进角和后退角两个临界值范围之间17骄阳书苑接触角滞后 接触角滞后的存在使得水滴在倾斜的表面上不一定向下移动随着倾斜角的增大,在重力作用下,水滴前部分的接触角增加而后部分的接触角减小只有同时达到临界接触角时水滴才会向下滑动,定义这时的倾斜角为滚动角滚动角( sliding angle , SA)α18骄阳书苑Wenzel模型模型增加固液接触面积而实现表观接触角的增大水滴几乎被牢固地黏附于固体表面上滚动角α 非常大Cassie模型模型减少固液接触面积而增强表观接触角宏观表现上水滴很容易在这样的表面上滚落滚动角 α非常小19骄阳书苑Wenzel模型和模型和Cassie模型模型 正如上面所讨论的，正如上面所讨论的，Wenzel模型和模型和Cassie模型都认为固体表面的粗糙度可以模型都认为固体表面的粗糙度可以增强其表面的疏水性，但两者内在机制却增强其表面的疏水性，但两者内在机制却是不一样的。

是不一样的 滚动角的大小表征了固体表面的滞后现滚动角的大小表征了固体表面的滞后现象，象，只有拥有较大的接触角和较小的滚动只有拥有较大的接触角和较小的滚动角才是真正意义上的超疏水表面角才是真正意义上的超疏水表面20骄阳书苑较大的接触角较小的滚动角超疏水表面超疏水表面：接触角θ>150°,滚动角θ<10°的表面21骄阳书苑。