超疏水/超疏油表面制备方法研究进展

白雪花　房岩　孙刚　彭小唤

摘要：超疏水/超疏油表面在工农业生产和日常生活中发挥重要作用，具有潜在的应用前景。本文对超疏水/超疏油表面的制备方法进行了分析、比较和综述，以期为超疏水/超疏油表面的深入研究提供参考。

关键词：超疏水表面；超疏油表面；制备；应用

中图分类号：Q967；TB17 [学科代码] 180·1460 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2016）018-000-02

Abstract：Superhydrophobic and superoleophobic surfaces play an important role in industry， agriculture， and daily life， and have potential application prospective. In this paper， the fabrication methods of superhydrophobic and superoleophobic surfaces were analyzed， compared and reviewed， so as to provide support for deeper research on superhydrophobic and superoleophobic surfaces.

Keywords：superhydrophobic surface； superoleophobic surface； fabrication； application.

一、前言

近几年，随着超疏水表面研究的不断深入，超疏油表面的研究也开始吸引了诸多学者。超疏水/超疏油表面在催化、防水、生物医疗等领域发挥了重要作用。用于石油管道，能够有效降低石油和管道的摩擦力；用于微型水上交通工具，能够增强交通工具在油污污染水域的负载能力。超疏油表面还可以用于制作拒油家具布、防护服等。超疏水/超疏油表面材料在我们生活中的应用正在不断拓展，应用前景广阔。

二、超疏水表面制备方法研究进展

1.气相沉积法

气相沉积法主要是将疏水性物质通过一定的方法在基材表面形成一种膜。其中制作方法主要包括物理沉积和化学沉积。LAU等研究化学沉积，使碳纳米管表面形成一种四氟乙烯膜，这种膜具有了自清洁性能。BALU等研究了等离子体强化化学沉积法，也得到了超疏水薄膜，且具有可降解、可再生使用等功能。

2.模板法

模板法主要是通过对具有空穴结构的模板进行铸膜液的覆盖，并在一定的方法下形成所需要膜的方法。研究学者较多，其中JIANG通过红玫瑰花瓣作为模板，用10%的聚乙烯醇水溶液进行复制，得到了凹模板，再重复上述方法得到聚苯乙烯凸模板，是这种模板膜具有了超疏水功能。

3.电纺法

电纺法研究中，YOON通过对静电纺丝法的改进，得到了纳米纤维合成的类似金字塔形状的超疏水表面，具有了超疏水性能。PISUCHEPEN等通过对电纺纤维进行低表面处理，增强了超疏水性能。

除上述制备方法外，还有刻蚀法、溶胶-凝胶法、相分离法等。

三、超疏油表面制备方法研究进展

超疏油表面是在超疏水表面进一步提高疏液性而形成的，因此常用于制作超疏水的方法在制作超疏油表面也具有可行性。超疏油表面制备通过需要有“氟基团”的存在，原因在于油的表面能低于水，为了维持这一现状，需要引入氟基团，方法有两种，一是直接将含氟物质在材料表面形成微观结构，二是在形成微观结构的表面材料上加入含氟物质，形成组装层。

1.沉积法

沉积法是指通过物理或化学方法，将一种或者几种材料沉积在基地，形成一种膜层的方式。目前，沉积法研究的学者比较多，其中DENG创造了制备耐磨透明超疏油表面的方法。他把超疏油、耐磨性和透明性全部集中在一种表面材料上，然后把玻片放在蜡烛上进行烘烤，待玻片表面形成未完全燃耗的烟灰纳米颗粒后，使用化学气相沉积方法，使其表面形成二氧化硅，并继续通过加热使二氧化硅中的碳颗粒去除掉，最后使用全氟硅烷对该表面进行修饰。在这一过程后，形成的材料表面就具有了超疏油性能。KIM主要运用了电化学刻蚀和多壁二氧化钛管两种材料复合在钛的表面，形成微纳米结构，该结构使得表面的疏油性能有了很大提升。ZHU主要是通过在碱性环境下氧化铜片，使其表面形成微米级花束状和纳米级棒状结构，然后利用氟对盖表面进行氟化，形成了超疏油表面。此外，ZHANG、YUAN等学者通过物理的方法也形成了超疏油表面。

2.喷涂法

喷涂法是超疏油表面制作的常用方法。这种方法简便易操作，而且制作的面积相对比较大。DAS等主要是通过将氟化丙烯酸酯聚合物包裹在碳纳米管表面，然后将含有纳米管的悬浮液喷涂在砂纸表面，从而形成纳米级粗糙度，使之具有微纳米负荷结构，形成超疏油表面。YANG等主要是通过将醋酮酸和全氟辛酸进行反映，制作全服辛烷铜，然后使其分散在乙醇中，再利用喷枪进行喷涂，进而得到超疏油涂层。这种操作方法能够形成固、液、气三者相接触的面，且喷涂方法具有较好的适用性，在其他的铜、铁等表面也能够得到超疏油涂层。XIONG等主要是利用连续阴离子合成了新型氟嵌段聚合物，然后将其溶胶涂在二氧化硅球的表面，形成单分子层，再将其涂在硅片表面，使硅片不仅具有了良好的超疏油性能，而且还具有耐碱性。

3.刻蚀法

刻蚀法通俗讲即是增加表面粗糙度的方法。目前经常采用的方法有等离子刻蚀、酸碱刻蚀等。利用刻蚀法得到超疏油表面的研究也比较多，其中早在1997年TSUJI就利用了刻蚀法得到了超疏油表面；AULIN等主要是通过等离子刻蚀的方法在硅片的表面形成了具有纳米级的柱状、线状微孔结构，再利用化学物质进行表面修饰，从而得到超疏油表面；LIU通过使PVDF等离子处理后，得到了超疏油表面；RAMOS等利用刻蚀方法使亲油表面形成了粗糙度，从而形成了超疏油表面。主要过程是将一层400nm的二氧化硅涂在硅片上，再使用溅射离子使表面出现小洞，然后利用氢氟酸扩大小洞，然后利用全氟硅烷进行修饰。对比没有经过刻蚀处理的表面，其表面的各种液体接触角大大提高；ZHAO等利用光刻蚀以及BOSCH刻蚀的方法增加了硅片表面的粗糙程度，并且形成了具有超疏油表面的特性。

4.模板法

模板法主要是通过表面形成微观结构的方法。学者IM利用三位扩散技术和两步PDMS复制技术，制备出了具有高度规整性的结构表面，经过氟修饰后，甲醇在其表面的接触角度达到了135，具有了超疏油表面。

5.电化学聚合法

电化学聚合物法主要是应用在合成含高氟的聚合物。原因在于油的表面能低于水，因此制作出的超疏油表面都含有了氟，因此研究人员想利用制作含氟的聚合物来实现超疏油表面，因此电化学聚合法得到了高度重视。学者DARMANIN等利用电化学聚合法制作得出了全氟化和非氟化的衍生物，并且比较了两者的润湿性，研究发现没有氟化的聚合物油的接触角度始终为0，而氟化后的聚合物接触角度随碳链增加而增大，这表明氟化的聚合物具有了超疏油表面。

四、结语

超疏油表面对人们的日常生活具有一定的应用价值，但是超疏油材料的研究目前仍存一定问题，如超疏油表面离不开氟化物的修饰，超疏油表面材料性能需要进一步提高，超疏油制备方法尚不能满足工业化的需要，超疏油材料的耐磨性和通透性仍然需要进一步提升等等。另外，上述研究的制备方法主要是在空气中进行的，而超疏油的制备还可以在水下进行，原因在于大部分油和水并不相容，两者在水下同样能够测试润湿的性能。由于水、空气的介质不同，使得材料表现出不同的润湿性能。研究人员发现，鸟的羽毛具有很好的疏水性能，但是却不能避免被海洋石油污染，鱼的鱼鳞却能够抵御石油污染，而鱼鳞在空气中具有超亲水亲油的性能。因此，研究水下超疏油表面具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]薛众鑫，江雷.仿生水下超疏油表面[J].高分子学报，2012.10.

[2]宋金龙等.电化学和化学加工法制备铝基体超双疏表面[J].机械工程学报，2013.5

[3]成中军等.低黏附耐酸碱水相超疏油铜表面的制备[J].高等学校化学学报，2013.12.

作者简介：白雪花（1982-），女，吉林长春，硕士研究生，研究方向：生物学。

通讯作者：孙 刚（1969-），男，辽宁大连人，教授，博士，硕士生导师，研究方向：生物学和生态学。