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超疏水材料在实际应用中的问题

2018-01-15 09:42:28 苏州迈塔斯芯片科技有限公司 阅读

自然到仿生,超疏水材料的研究已经历了二十年的发展(1997-)。超疏水材料具有很大的实用价值,在自清洁(荷叶效应)、油水分离、流体减阻、防腐蚀、防雾、抗结冰等方面都有应用。然而超疏水表面在实际应用中面临一个严重问题——机械耐久性!

图1. 超疏水表面的机械强度问题

1. 超疏水表面的机械强度问题

首先,不标准的磨损测试方法测试方法的多样性和不规范性导致了不同样品机械强度的不可比较,为探索最好的方法途径造成了阻碍。因此,测试方法的规范化是需要解决的第一个问题,例如线性摩擦实验中,衬底材料的类型、摩擦的速率以及垂直施加的压力等。

图2. 测试超疏水表面机械强度常用的方法

2. 测试超疏水表面机械强度常用的方法

其次,不恰当的润湿性表征。静态接触角的测试并不能代表机械磨损对超疏水材料表面的影响。在磨损测试的过程中,不仅要测静态接触角的变化,还必须把接触角滞后或者滚动角纳入到润湿性表征体系。同时,磨损测试的强度要持续到临界点为止,即超疏水性被破坏。

图3. 四种经典的固体表面润湿模型

3. 四种经典的固体表面润湿模型

图4. 关于超疏水材料机械耐久性测试的几点建议

4. 关于超疏水材料机械耐久性测试的几点建议

第三,寻找新型的表面。同时具备自修复、超双疏、自相似结构的气凝胶涂层有望取得很好抗机械破坏效果。同时,在涂层中加入高分子粘合剂可进一步增强其机械强度。另外,寻找在结构上能够自修复的新途径,例如,形状记忆材料或刺激再生材料,而不是局限于表面成分的修复。

第四,传统的超疏水表面都对结构有一定的依赖性,探寻无结构依赖性的、光滑的、低滚动角的新型表面,是未来研究的一个突破方向,例如,“类液体表面(liquid-like surface)”。

图5. 超疏水材料研究方向的几点建议

5. 超疏水材料研究方向的几点建议

如今,超疏水材料的研究正面临实际应用的瓶颈,既是机遇,也是挑战。随着研究的不断深入,这一问题必将得到解决,期待超疏水材料为我们的生活带来改变!