超疏水的基本原理

我们在研究固体表面性质的时候通常会研究其湿润性，研究表明湿润性是固体表面的重要性质之一。一般用接触角来表示固体表面的润湿性，当接触角大于90°的面称为疏水面，接触角大于150°的面称为超疏水面。日常生活中的荷叶因其表面上的乳突和蜡状物使荷叶表面具有超疏水特性，表现为荷叶的自洁净功能；水黾因其腿部上微米级刚毛上和其上存在着的很多纳米级沟槽，微米刚毛和纳米沟槽的缝隙中能形成空隙，形成的稳定气膜能够阻碍水滴的浸润，表现出超疏水特性，使其能在水上自由行走，而不会沉入水中。1.超疏水的基本原理（1）接触角液体与固体表面之间的相互作用程度，固体与液体之间形成的夹角即为接触角，接触角的大小由黏附力来决定，黏附力会由固体表面性质不同、液体性质的不同以及固体与液体之间的相互作用不同而形成不同的黏附力，黏附力越大，接触面积也就越大，夹角也就越小，反之，黏附力越小，接触面积就越小，夹角也就越大。（2）润湿指液体能接触到固体并附着在固体表面的现象。湿润可以说是固体与液体之间的分子作用力引起的，就是之前提到的黏附力，黏附力体现出固液之间的接触能力。（3）湿润现象的微观解释若两相相互接触时互不相溶，那么湿润从宏观上就是一种现象。但从微观上解释可根据界面层的理论。界面层就是薄层，位于界面附近。目前人们已知界面层模型有3种，即Gibbs分割表面型、Guggenheim过渡层型与物理界面型。物理界面层模型：液体与固体接触处存在分子作用半径厚度的液膜，此为液体与固体交界后液相的界面层。在这个薄层中的分子，一边受到液相分子作用力，即内聚力；而另一边受到固相内部分子作用力，即黏附力。产生不湿润的根本原因在于内聚力大于黏附力；产生润湿的根本原因在于黏附力大于内聚力。（4）影响接触角的因素接触角的大小可以看出润湿程度，也可以看出固液之间相互作用的程度，能够判断出黏附力的强弱。液体和固体的不同，其对应的接触角是有区别的，有些区别还很大。表面粗糙度、温度、材料组成等对接触角有影响。[1]李昊原，谷笑雨.超疏水表面的研究进展.[J]应用化工.2016,45(12):2347-2350.