仿生超疏水表面的研究及其在纺织领域的应用

王婵铭,杨文芳,丰万齐

（天津工业大学 纺织学院,天津300387）

近年来,随着科学技术的发展和人们对优质生活诉求的增加,仿生超疏水材料的研究愈发成熟且逐渐走进我们的生活。当表面接触角CA≥150°、滚动角SA＜10°时称之为超疏水表面。自清洁表面是附着在物质表面的污染物或尘土能随重力、雨水、风力等外力作用而自动脱落或被降解的表面。仿生超疏水材料表面具有类荷叶的微纳米结构及低表面能,相比一般的材料具有优秀的性能和特殊的性质,在防覆冰、汽车和建筑玻璃的防沾污、船及潜艇等海洋设施的防附着、膜蒸馏及纺织材料的自清洁等众多方面具有重要应用前景。本文对该领域的研究现状、制备方法和应用概况进行综述。

1 超疏水原理

超疏水表面是基于“荷叶效应”。早在20世纪90年代,Barthlott和Neinhuis通过揭示荷叶的微纳米结构,解释了荷叶表面的超疏水自清洁现象[1]。固体表面是否具有超疏水性,主要取决于其表面的微观形态结构和表面能的大小。如图1、2所示,在荷叶表面均匀分布着平均直径为5～9μm的微米级乳突,乳突上覆盖着直径50～70 nm的纳米级蜡质晶体,在这种微纳米粗糙结构和低表面能的共同作用下,滴在荷叶表面的水珠极易滚落,水滴滚动时会带走表面的污染物或尘埃,从而实现自清洁效果,这便是“荷叶效应”[2-4]。在自然界中,还存在很多除荷叶外的超疏水表面,例如,蝉翼表面具有的空气膜[5];蚊虫眼部具有防雾功能[6];水黾腿能在水面自由滑动而不被弄湿[7];蝴蝶翅膀具有定向附着功能[8]等。……