谈超双疏材料表面的构筑及研究现状

杨 笠（四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000）



谈超双疏材料表面的构筑及研究现状

杨 笠
（四川建筑职业技术学院,四川 德阳 618000）

摘 要：超双疏材料具有抗油拒水等功能，在油水共存的环境下发挥着非常重要的作用。因此，我们应当对超双疏材料的应用给予高度的重视，本文系统地阐述了超双疏材料的概念，并在此基础上阐述了超双疏材料的研究进展，旨在进一步扩大超双疏材料的应用范围。

关键词：超双疏材料；表面结构；抗黏附能力

自上世纪90年代以来，超双疏材料在水环境下的自清洁、防结冰等方面得到了广泛应用，并获得了广大使用者的好评。由于固体表面即可能接触到水，也可能接触到其他，较小的液体，因此，超双疏材料的自清洁能力受到了一定的限制，因此，寻求有效的解决方法，提高超双疏材料的应用效率，扩大其应用范围势在必行。下面系统的阐述一下超双疏材料表面的构筑方法。

1 超双疏材料表面的构筑特点

超双疏材料的表面结构主要由表面微纳米结构和避免化学组成共同构成的。由此可知，我们可以通过两种途径，对超双疏表面进行构筑，这两种途径分别是：疏水表面粗糙化和粗糙表面输水化。具体来说，将疏水表面粗糙化这种途径会导致超双疏材料的固体表面的疏水性的降低[1]。因此，在对该途径进行研究的过程中，我们应当先对其进行固体表面的粗糙化，然后在利用低表面材料对粗糙表面进行处理，这样对于保持超双疏材料的稳定性具有非常重要的作用。对超双疏材料的表面实现粗糙化，主要包括两种方式，一是自下而上的方法，主要包括自动装技术以及电纺丝技术等；二是自上而下的方法，主要包括模版饭以及纳米压印技术。下面系统的几个有关于超双疏材料表面构筑方法：

1.1 溶胶—凝胶法

该种方法是先配备一定的前体液，并将这些前体液用水解缩合后将其逐步聚合成凝胶，最后将凝胶干燥，从而制作出纳米材料的一种方法。通过该种方法我们可以修饰二氧化硅粒子。值得注意的是，这种方式不利于确保超双疏材料的稳定性，难以实现大范围的应用。研究人员为了有效的弥补该不足，扩大该方法的应用范围，通过将二氧化硅纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷进行烧结的形式，并在此基础上，对表面进行疏水化处理，从而确保超双疏材料表面的稳定性。

1.2 自组装发

该方法将分子通过非化学键合力的方式有序的整合在一起，从而形成一定的微纳米结构，这种微纳米结构具有一定的粗糙度。但是，值得注意的是，该结构具有一定的稳定性，他不会因为逸出气体等原因出现结构坍塌等现象，通常情况下，我们可以将该方法用在活化处理纳米粒子表面等方面。该种方法的应用一方面能够在小面积范围内构筑超双疏材料，对条件的要求也不高，正因如此，我们很容易自行操作。但是，值得注意的是，在溶液中自组装过程中的纳米颗粒很有可能会发生团聚等问题，从而直接影响超双疏材料的性能。

1.3 刻蚀技术

该方法主要是依照对表面进行可选择腐蚀或剥离的技术，对超双疏材料的表面进行粗糙化的处理，可以通过刻蚀技术在多种基底上实现超双疏材料的构建，值得注意的是，该技术所形成的表面会因为强烈的紫外线照射而产生性能不稳定等现象，可以说超双疏材料的寿命相对较短。

1.4 纳米压印技术

1955年纳米压印技术提出，该技术提出的主要目的在于制作微米结构和纳米结构的图形，并结合特殊润湿性能实现维纳粗糙结构的要求，随着相关研究的进一步开展，该技术逐步被应用到制备超双疏表面所需要微纳结构上来，笔者认为，该技术同其他技术相比，具有效率高、分辨率高、成本较低等优势，可以说，在未来的一段时间内，该技术的前景是非常广阔。

超双疏材料的构筑方法多种多样，除了上述构筑方法外还包括其他类型的构筑方法，例如化学气相沉积法等等，这些方法从一定程度上促进了超双疏材料的应用。如果我们能够大面积的应用超双疏材料，我们可以采用后两种方法，后两种方法要比前两种方法更经济、更实惠，但若是应用面积相对较小，则我们可以运用前两种构筑方法。也就是说，超双疏材料的使用者应当做到从实际出发，深入的了解自身实际情况，灵活的应用各种构筑措施。

2 超双疏材料表面的应用

超双疏材料同时具备两种属性，这两种属性分别为：超疏水和超疏油。超双疏材料的这些特点，决定了该材料的广泛应用性。例如，在日常的油污环境下，超双疏材料能够实现自身的清洁，还能够实现防腐蚀、防结冰等功能，可以说，该材料的应用对于水和油的运输具有非常重要的意义。现阶段，虽然超双疏材料的应用范围得到了进一步的扩大，但是，由于超双疏材料性能稳定性较低的原因，导致其在使用范围方面还会受到一定的限制，正因如此，我们必须加大对超双疏材料稳定性方面的研究，进一步延长超双疏材料的使用寿命，从而扩大超双疏材料的应用范围。笔者通过长期的研究与实践认为，在应用超双疏材料的过程中，我们应当做到充分发挥其优势，回避其劣势。

2.1 自清洁能力

根据相关调查显示，超双疏材料能够充分利用雨水冲淋等形式将附着于材料表面的灰尘、油污等清洁掉，所以说其具有较强的自我清洁功能，除此之外，超双疏材料还能够对于油污下的灰尘进行清理，通常情况下，我们可以将超双疏材料应用到诸如陶瓷、玻璃等领域。超双疏材料的应用一方面有利于节约水资源，另一方面也能够保持洁净，可以说是一举多得[2]。

现如今，我国已经开始广泛研究起了织物表面的自清洁性能，希望其能够得到进一步提高。但是，植物的透气性能与自清洁能力通常情况下难以统一在同一织物当中，这就要求，我们在制备自清洁材料时，创造性的将二氧化钛同织物有机的结合在一起，这种方式使得织物在不用水清洗的情况下就能够清洗干净，焕然一新。以二氧化钛为基础的光催化特性，可以对空气中无处不在的二氧化钛进行清洁，从而确保空气的清新干净。

2.2 防粘附表面

从名字我们就可以看出来，防粘附表面是指通过应用超双疏材料的应用，防止相关物品的粘附。根据具体效用的不同，我们可以将超双疏材料分为若干部分，例如防腐蚀、防油渍、防止结冰等等。例如，在石油的输送中应用超双疏材料，它的防油性能够有效的解决石油附着于管道的问题，从而降低能源的损耗。不仅如此，如果我们能够有效结合铝、合金等相关材料，我们还能够将超双疏材料的质量轻、性能好的优势充分的发挥出来。超双疏材料的防油渍和防腐蚀的特性一方面降低了损耗，另一方面也延长了相关材料的使用寿命。这也是近些年来超双疏材料的研究范围越来越高的主要原因之一。近期，相关调查研究发现，我们可以在硅片表面采用激光烧蚀技术来构建特殊的超双疏表面，从而减小液滴同固体表面的控制时间，从而达到防水的目的，笔者通过长期的研究与实践认为，超双疏材料的这种性能可以应用到相关的电子产品当中，这样能够有效避免电子产品由于接触液滴而导致的损坏[3]。

2.3 液体的定向运输

我们在生物细胞的分离以及膜分离等相关领域能够经常看到液体定向运输的应用，如果将定向运输同超双疏材料有机的结合在一起，就可以将超双疏材料防水、防油的特性充分的展现出来，从而促进超双疏材料的迅速发展。通过这种结合，可以有效的防治液体透过织物。

除此之外，液体的定向运输还可以通过表面上的接触来实现，以微电系统为基础的微型泵可以有效根据内壁湿润性能的梯度性变化实现控制离散液滴的定向运输，相关研究的表明，从一定程度上来说提高了超双疏材料的应用性，极大的扩展了超双疏材料表面对不同界面的张力。在未来的一段时间里，我们甚至有希望将其应用到混合液体的分离当中，为社会的发展，相关研究的顺利进行做出贡献。

2.4 减阻材料

如果运动物体的表面附着了水和油，物体在运动过程中就会受到强大阻力的影响，从而消耗自身的能量[4]。而超双疏材料的应用则可以充分利用潜藏在其微纳结构中的空气来减小运动物体的阻力，提高运动物体的运动效率，由此可见，将超双疏材料应用到小轮船等运动物体上能够起到提高轮船速度，减小空气阻力的目的。不仅如此，将超双疏材料应用到完全浸泡在水下的运动物体上，还能够起特殊的湿润性功能。

今后，超双疏材料的研究发展方向应明确为两个方向，一是更简易的方向，在研究超双疏材料的诸多功能的基础上，应当以超双疏材料的实际应用为依据，使超双疏材料的应用变得更加方便适用。二是在超双疏材料的上述功能之外，还应当进一步加强相关功能的研究，从而使超双疏材料的应用范围得以进一步扩大。

3 结语

总而言之，超双疏材料的应用范围正在逐步扩展，因此，我们应当对超双疏材料的研究工作给予高度的重视，不断的发现超双疏材料的新性能，进一步扩大超双疏材料的应用范围。当然，在研究超双疏材料的时候，我们不应当仅仅依靠相关科研工作者，大家应共同努力，只有这样，超双疏材料才能够得到进一步的发展。

参考文献：

[1]牛心悦,吴超.固体表面保洁技术研究进展[J].清洗世界,2011(01):16-26.

[2]赖跃坤,陈忠,林昌健.超疏水表面黏附性的研究进展[J].中国科学:化学,2011(04):609-628.

[3]鲍艳,张晓艳,马建中,鲁娟.超疏水表面的构筑及其研究进展(二)[J].印染,2014(10):49-53.

[4]冯磊,徐壁,蔡再生.导电双疏涤纶织物制备与性能研究[J].表面技术,2015(05):91-95.

作者简介：杨笠（1989-），女，四川彭山人，硕士研究生，助教，研究方向：材料表面改性。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.223