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,在許多領域中用途廣泛,有關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-自清潔材料發展方向進行了展望。關鍵詞：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現實價值： 41.5研究現狀與發展動態 42研究內容 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研究結論 95.1應用 95.2發展方向 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,自清潔性能更穩定的方向發展。同時,自清潔材料的應用領域還可以不斷的拓寬,如空氣凈化、污水處理、光催化反應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,正在逐漸替代傳統材料。同時自清潔材料也是國家極力倡導推廣的材料，例如：我國目前正處于城鎮化建設高峰期,高品質外墻涂料有廣闊的需求空間和發展潛力。住宅產業化和建筑節能的實施也對外墻涂料的推廣應用起到巨大的推動作用。傳統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用的突出技術難題。外墻飾面被污染,大大影響了建筑的美觀性和耐久性。人們一直期望開發不易附著污染或者使附著污染物能借助于雨水、風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定的自清潔性能方向發展。而且會隨著相關技術的不斷成熟和社會環保意識的增強，成為人們生活中必不可少的新型綠色產品。2研究內容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，查閱有關高分子材料定義、發展現狀、實際應用價值、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、應用、發展延伸等。最后根據研究結果，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系較為緊密，對于理論可以較快有大致了解。（2）擁有專業負責的導師對此次研究進行指導，解決組員在研究過程中遇到的問題，指導研究方向。（3）組員對此次研究內容有興趣，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，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，學習其基本原理，熟知一些常用專業詞匯，了解當前超疏水、自清潔材料的研究現狀，并對最新成果的制備方法和疏水、清潔原理進行學習，考慮其在生活中的應用；同時，暑假期間會持續關注該領域的最新動態，利用新聞等渠道獲取最新信息。（2）開學后統籌時間，抽空查閱文獻資料，繼續完善知識儲備。利用學校見面的機會，組員之間互相分享閱讀成果，相互補充；同時聯系青島科技大學材料學院，在基本知識掌握充足后準備進入實驗室，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；期間加強與導師的聯絡，及時向導師反映閱讀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，并參與相關實驗后，著手開始撰寫論文，準備結題工作。3研究方法（1）文獻資料法：查閱相關資料，了解超疏水材料最新發展動向。（2）實驗法：聯系軟控中心與青島科技大學，參與相關實驗（如膜表面接觸角觀測、膜制備等等）。4相關分析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構和表面蠟狀物。微米與納米相結合的結構可以產生較大的接觸角和較小的滾動角。表面化學組成與粗糙結構相結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°)表面構建粗糙結構；在粗糙表面修飾低表面能的物質。具體的制備方法如下：相分離或自組裝法化學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,通過低表面能物質表面修飾后得到超疏水表面。4.3粗糙表面分類（1）規則的粗糙表面(也稱為人為設計的粗糙表面)、（2）無規則粗糙表面（3）介于兩者之間的分形結構表面。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模生產的納米填料,在塑料、橡膠制品中廣泛應用于提高機械性能。通過傳統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-納米二級結構的類荷葉的超疏水表面。噴砂粗糙化處理的鋁片經過植入納米二氧化硅和表面修飾后能獲得與荷葉表面結構、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,在聚合物表面形成不同粗糙度的結構。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則,分布雜亂,與膠粘劑共同形成了微米2納米的粗糙結構，這些結構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采用靜電紡絲技術構筑粗糙表面采用靜電紡絲技術構筑粗糙表面，再使用廉價的低表面能物質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材料可被設計運用于防水織物、無損失液體運輸、微流體等領域。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合結構的聚苯乙烯膜．通過調節Ps的分子量及溶液的濃度，得到了不同的結構、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。靜態接觸角為156。，滑動角小于5。5研究結論5.1應用（1）有機硅樹脂類納米涂料涂在基材表面，制得自清潔表面。這種產品主要應用于汽車的前后風擋玻璃、側風擋玻璃、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。聯系一下中國的現實背景，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系），我們可以得出結論：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發展方向（1）蓮花效應實質為既疏水也疏油的超雙疏效應，各種紡織材料（棉、麻、絲、毛、絨、混紡、化纖等）等經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），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都是我國水華頻發的原因之一）和水資源的浪費。（2）當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，當接觸角為0度時，表示液體能完全的濕潤固體表面；當接觸角為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區，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業化受到了一些技術上的制約: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建議研發具有抗菌和自凈化功能的自清潔材料對保護環境和實現可持續發展具有重要意義，這類新型功能材料的使用面極廣，具有廣闊的發展和應用前景。但是目前自清潔材料的產業化受到了一些技術上的制約。今后的自清潔材料將會朝著光催化效率更高，自清潔性能更穩定的方向發展。同時，自清潔材料的應用領域還可以不斷的拓寬，如空氣凈化、污水處理、光催化反應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定的自清潔性能方向發展。而且