超疏水-自清潔材料研究超疏水-自清潔材料研究摘要超疏水-自清潔材料是表面穩(wěn)定接觸角要大于150°，滾動接觸角小于10°的特殊材料。由于超疏水表面具有自清潔、防黏附、防雪黏等功能,在許多領(lǐng)域中用途廣泛,有關(guān)超疏水表面制備和理論研究成為研究的熱點。本文通過對超疏水-自清潔材料原理、制備、應(yīng)用及目前存在的問題等方面開展研究，綜述了近年來超疏水理論的新進展，對超疏水-自清潔材料發(fā)展方向進行了展望。關(guān)鍵詞：超疏水自清潔接觸角滾動角

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1研究背景 31.1背景 31.2研究目的： 31.3理論意義： 41.4現(xiàn)實價值： 41.5研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài) 42研究內(nèi)容 52.1研究思路 52.2可行性分析 62.3實施方案 63研究方法 64相關(guān)分析 74.1超疏水表面的主要特點 74.2超疏水表面制備 74.3粗糙表面分類 84.4超疏水表面主要制備方法介紹 85研究結(jié)論 95.1應(yīng)用 95.2發(fā)展方向 105.3主要問題 115.4建議 116參考文獻： 127致謝 錯誤!未定義書簽。

上的制約:其在可見光下的光催化效率太低,TiO2膜的大面積制備技術(shù)也不夠成熟,自清潔性能的持久性還有待提高等。今后的自清潔材料將會朝著光催化效率更高,自清潔性能更穩(wěn)定的方向發(fā)展。同時,自清潔材料的應(yīng)用領(lǐng)域還可以不斷的拓寬,如空氣凈化、污水處理、光催化反應(yīng)器和太陽能電池組件等。只有通過不斷的研究和探索,才能更大的發(fā)揮光催化自潔凈材料的作用,自清潔材料色彩豐富,飾面靈活多樣,自重輕,安全可靠,正在逐漸替代傳統(tǒng)材料。同時自清潔材料也是國家極力倡導(dǎo)推廣的材料，例如：我國目前正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)高峰期,高品質(zhì)外墻涂料有廣闊的需求空間和發(fā)展?jié)摿ΑＷ≌a(chǎn)業(yè)化和建筑節(jié)能的實施也對外墻涂料的推廣應(yīng)用起到巨大的推動作用。傳統(tǒng)涂層耐沾污能力不足是外墻涂料普遍存在的共性問題,也是制約我國外墻涂料推廣應(yīng)用的突出技術(shù)難題。外墻飾面被污染,大大影響了建筑的美觀性和耐久性。人們一直期望開發(fā)不易附著污染或者使附著污染物能借助于雨水、風(fēng)力等外界自然條件被去除的自清潔涂料。今后的自清潔材料將會朝著更高光催化效率和更穩(wěn)定的自清潔性能方向發(fā)展。而且會隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟和社會環(huán)保意識的增強，成為人們生活中必不可少的新型綠色產(chǎn)品。2研究內(nèi)容2.1研究思路研究計劃對于高分子材料首先進行初步了解，查閱有關(guān)高分子材料定義、發(fā)展現(xiàn)狀、實際應(yīng)用價值、前景展望等。再對于超疏水、自清潔等詳細分類進行深入探究，了解其原理、應(yīng)用、發(fā)展延伸等。最后根據(jù)研究結(jié)果，整理形成論文。2.2可行性分析（1）高分子方面基本知識與生活聯(lián)系較為緊密，對于理論可以較快有大致了解。（2）擁有專業(yè)負責(zé)的導(dǎo)師對此次研究進行指導(dǎo)，解決組員在研究過程中遇到的問題，指導(dǎo)研究方向。（3）組員對此次研究內(nèi)容有興趣，能夠積極開展研究。（4）實驗方面，對接基地實驗室有一定硬件基礎(chǔ)，可以進行試驗。2.3實施方案（1）利用暑假時間廣泛地查閱文獻，學(xué)習(xí)其基本原理，熟知一些常用專業(yè)詞匯，了解當(dāng)前超疏水、自清潔材料的研究現(xiàn)狀，并對最新成果的制備方法和疏水、清潔原理進行學(xué)習(xí)，考慮其在生活中的應(yīng)用；同時，暑假期間會持續(xù)關(guān)注該領(lǐng)域的最新動態(tài)，利用新聞等渠道獲取最新信息。（2）開學(xué)后統(tǒng)籌時間，抽空查閱文獻資料，繼續(xù)完善知識儲備。利用學(xué)校見面的機會，組員之間互相分享閱讀成果，相互補充；同時聯(lián)系青島科技大學(xué)材料學(xué)院，在基本知識掌握充足后準(zhǔn)備進入實驗室，對超疏水、自清潔材料進行研究，包括膜制備、表面接觸角測量等等；期間加強與導(dǎo)師的聯(lián)絡(luò)，及時向?qū)煼从抽喿x文獻時遇到的疑難問題。（3）在充分了解超疏水、自清潔材料研究進展，制備原理，并參與相關(guān)實驗后，著手開始撰寫論文，準(zhǔn)備結(jié)題工作。3研究方法（1）文獻資料法：查閱相關(guān)資料，了解超疏水材料最新發(fā)展動向。（2）實驗法：聯(lián)系軟控中心與青島科技大學(xué)，參與相關(guān)實驗（如膜表面接觸角觀測、膜制備等等）。4相關(guān)分析4.1超疏水表面的主要特點具有微米和納米尺度的粗糙結(jié)構(gòu)和表面蠟狀物。微米與納米相結(jié)合的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生較大的接觸角和較小的滾動角。表面化學(xué)組成與粗糙結(jié)構(gòu)相結(jié)合成為仿生超疏水表面的重要特點。4.2超疏水表面制備目前主要通過兩種方法來制備超疏水表面：在疏水材料(接觸角大于90°)表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)；在粗糙表面修飾低表面能的物質(zhì)。具體的制備方法如下：相分離或自組裝法化學(xué)沉積或電沉積法溶膠-凝膠法電紡絲法碳納米管法以上方法可得到粗糙表面,通過低表面能物質(zhì)表面修飾后得到超疏水表面。4.3粗糙表面分類（1）規(guī)則的粗糙表面(也稱為人為設(shè)計的粗糙表面)、（2）無規(guī)則粗糙表面（3）介于兩者之間的分形結(jié)構(gòu)表面。4.4超疏水表面主要制備方法介紹4.4.1一種多尺度仿生超疏水表面制備：納米二氧化硅是一種大規(guī)模生產(chǎn)的納米填料,在塑料、橡膠制品中廣泛應(yīng)用于提高機械性能。通過傳統(tǒng)的機械處理和分散納米二氧化硅的方法在金屬表面制備具有微-納米二級結(jié)構(gòu)的類荷葉的超疏水表面。噴砂粗糙化處理的鋁片經(jīng)過植入納米二氧化硅和表面修飾后能獲得與荷葉表面結(jié)構(gòu)、性能相似的超疏水表面:靜止接觸角高達173°,對于6.5μL的水滴傾斜2.5°即可滾動,本方法簡單、易于實現(xiàn)大面積制品的制作。4.4.2以砂紙為模板制作聚合物超疏水表面以不同型號的金相砂紙為模板,通過澆注成型或熱壓成型技術(shù),在聚合物表面形成不同粗糙度的結(jié)構(gòu)。以不同型號的砂紙為模板可以制備不同粗糙度的聚合物固體表面。砂紙的磨料顆粒形狀不規(guī)則,分布雜亂,與膠粘劑共同形成了微米2納米的粗糙結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)有效地提高了聚合物表面與水的接觸角。不同型號砂紙的粗糙度有較明顯的差別，砂紙復(fù)制表面的接觸角隨粗糙度的增大(砂紙磨料粒徑減小)而提高。4.4.3采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑粗糙表面采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑粗糙表面，再使用廉價的低表面能物質(zhì)硅油在煅燒過程中同步修飾，制備出接觸角大于150°滾動角小于5°的TiO超疏水表面。這種超疏水的TiO材料可被設(shè)計運用于防水織物、無損失液體運輸、微流體等領(lǐng)域。4.4.4靜電噴涂法制超疏水表面采用聚苯乙烯(Ps)的Ⅳ二甲基甲酰胺(DMF)溶液為原料，通過靜電噴涂的方法，制備了具有微一納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯膜．通過調(diào)節(jié)Ps的分子量及溶液的濃度，得到了不同的結(jié)構(gòu)、浸潤性及吸附性的表面。4.4.5溶膠-凝膠法溶膠-膠法在玻璃表面形成粗糙度適宜的SiO薄膜，再通過白組裝將OTS鍵合到SiO薄膜表面，制備出了超疏水表面材料。靜態(tài)接觸角為156。，滑動角小于5。5研究結(jié)論5.1應(yīng)用（1）有機硅樹脂類納米涂料涂在基材表面，制得自清潔表面。這種產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車的前后風(fēng)擋玻璃、側(cè)風(fēng)擋玻璃、后視鏡的表面，保證雨天玻璃不掛水視線良好。而且很多汽車腳墊地毯用水沖洗不易曬干，如果處理后沖洗就不怕濕，因為表面形成的納米保護膜油水不沾，輕輕甩一下便可使用。（2）納米二氧化鈦型超親水自潔涂料。聯(lián)系一下中國的現(xiàn)實背景，我們可以得知建筑物外立面最大的污染源是粉塵污染，所以建筑物防污首要的是防止灰塵粘附，而如果選取代表性的石炭灰污染物進行實驗（使石炭灰附著基材后用噴水瓶噴水，觀察水的接觸角與石炭灰的除去性的關(guān)系），我們可以得出結(jié)論：水滴接觸角越小（即超親水性）越不容易污染，而且容易脫落。5.2發(fā)展方向（1）蓮花效應(yīng)實質(zhì)為既疏水也疏油的超雙疏效應(yīng)，各種紡織材料（棉、麻、絲、毛、絨、混紡、化纖等）等經(jīng)處理后不僅顯示出卓越的疏水疏油性能（包括蔬菜瓜汁、墨水、醬油等各種物質(zhì)），而且不改變原有織物的各種性能（纖維強度、染料親和性、耐洗滌性、透氣性、皮膚親和性、免熨性等），甚至還增加了殺菌、防輻射、防霉等特殊效果。可以顯著減少洗滌劑的使用（過量使用洗滌劑在很長一段時間內(nèi)都是我國水華頻發(fā)的原因之一）和水資源的浪費。（2）當(dāng)某種材料和水的接觸角（接觸角表示某種液體對于某種材料或者表面的潤濕性能，當(dāng)接觸角為0度時，表示液體能完全的濕潤固體表面；當(dāng)接觸角為180度時，代表液體完全不能濕潤固體表面。）近似達到180°，那么這種材料就有不會被水打濕的特性，如果該材料的密度遠小于水，那么它就可以一直漂浮在水面上。像馬航空難中的黑匣子，沉到海底得到了短暫的穩(wěn)定，而卻增大了搜索難度。如果是浮在水面上的，在一定范圍內(nèi)釋放出信號，就可以降低搜索難度。（3）在文物打撈工作方面，如果在沉在海底的文物涂抹超疏水涂料，就可以減緩海水侵蝕速度，為打撈爭取時間。5.3主要問題（1）超疏水自潔涂料分為有機硅樹脂類納米涂料和氟碳型納米涂料。有機硅樹脂類納米涂料（如自潔涂料、疏水納米自潔玻璃），缺點是附著性差，不耐摩擦，壽命短，而且不可防油（戶外的空氣里面是含有油分的，特別是一些大城市以及工業(yè)區(qū)，因為汽車和工廠排出的尾氣是含有油分的）。氟碳型納米涂料附著性極強，可以廣泛用在基材如玻璃陶瓷，木材，石材和混凝土上，缺點是價格較高。對于主要成分是二氧化鈦（TiO2）的易潔涂料，優(yōu)點是價格便宜，缺點是必須有紫外線照射，而且附著性同樣不佳。（2）目前自清潔材料的產(chǎn)業(yè)化受到了一些技術(shù)上的制約:其在可見光下的光催化效率太低,TiO2膜的大面積制備技術(shù)也不夠成熟,自清潔性能的持久性還有待提高等。5.4建議研發(fā)具有抗菌和自凈化功能的自清潔材料對保護環(huán)境和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，這類新型功能材料的使用面極廣，具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。但是目前自清潔材料的產(chǎn)業(yè)化受到了一些技術(shù)上的制約。今后的自清潔材料將會朝著光催化效率更高，自清潔性能更穩(wěn)定的方向發(fā)展。同時，自清潔材料的應(yīng)用領(lǐng)域還可以不斷的拓寬，如空氣凈化、污水處理、光催化反應(yīng)器和太陽能電池組件等。只有通過不斷的探索，才能更大的發(fā)揮光催化自清潔材料的作用，使它能滿足人們對較高生活質(zhì)量的需求。今后的自清潔材料將會朝著更高光催化效率和更穩(wěn)定的自清潔性能方向發(fā)展。而且