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超疏水表面研究新进展

界面化学课堂报告. 超疏水表面研究新进展. 凌曦 2008 年 6 月 3 日. 主要内容. 背景知识 接触角三大理论及超疏水表面 多功能化的超疏水表面 超疏水表面的调制 总结 致谢. 自然界的启示. Super hydro phobi city: 超疏水. Super hydro phili city: 超亲水. Super oileo phobi city: 超疏油. Super oileo phili city: 超亲油. 固 - 液界面. -phobi ：疏. -phili ：亲. 杨氏方程 （ 1805 年） ：. 接触角三大理论.

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超疏水表面研究新进展

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Presentation Transcript

  1. 界面化学课堂报告 超疏水表面研究新进展 凌曦 2008年6月3日

  2. 主要内容 • 背景知识 • 接触角三大理论及超疏水表面 • 多功能化的超疏水表面 • 超疏水表面的调制 • 总结 • 致谢

  3. 自然界的启示

  4. Superhydrophobicity: 超疏水 Superhydrophilicity: 超亲水 Superoileophobicity: 超疏油 Superoileophilicity: 超亲油 固-液界面 -phobi：疏 -phili：亲

  5. 杨氏方程（1805年）： 接触角三大理论 Wenzel’s Theory(1936年）： Cassic’s Theory（1944年）： cos qC = fs cos qs + fv cos qv qs = q, qv = 180° fs + fv=1 cos qC= -1+fs (cos q+ 1)

  6. 滚动角（SA）：一定质量的水滴在倾斜表面开始滚动的临界角度，等于前进角和后退角之差。滚动角（SA）：一定质量的水滴在倾斜表面开始滚动的临界角度，等于前进角和后退角之差。 超疏水表面 只有拥有较大的接触角（CA＞150） 和较小的滚动角（SA<10)的表面 才是真正意义上的超疏水表面。

  7. 多功能化的超疏水表面 高导电性 高粘着力 超疏水表面 各向异性 透光 PH适应

  8. 多功能化的超疏水表面 • 具有高导电性的超疏水Ag表面 • 具有高粘着力的超疏水PS表面 X. Zhang, L. Jiang. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3064. M. H. Jin, L. Jiang,Adv. Mater. 2005, 17, 1977.

  9. 多功能化的超疏水表面 • 各向异性的超疏水表面 • 整个PH范围内的超疏水 聚丙烯腈表面 • 透光的ZnO超疏水表面 L. Feng, L. Jiang, Adv. Mater. 2002, 14, 1857. L. Feng, L. Jiang, Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4217.

  10. 多功能化的超疏水表面 PPS • 金属基底 • 微纳结构、低表面自由能 • 长时间稳定（5个月） • 抗酸碱盐 • 适应温度的变化 • 制备简单，便宜 PTFE/PPS PTFE/PPS/(NH4)CO3 添加了非离子型表面活性剂 人造荷叶表面！ Zhuang zhu Luo, et al. Adv. Mater. 2008, 20, 970-974

  11. 荷叶 PK 玫瑰 出淤泥而不染 鲜艳欲滴 ？？？

  12. 微纳结构等级小 • 微纳结构等级大 • 滚动角大 • 滚动角小 • 高粘着力 • 极易滚落 荷叶 PK 玫瑰 Jiang L, Langmuir, 2008, 24, 4114-4119

  13. 10 wt%PVA 水溶液 15 wt % PS 氯仿溶液 以玫瑰花瓣为模板 具有高粘着力的超疏水表面 接触角:154.6° Jiang L, Langmuir, 2008, 24, 4114-4119

  14. 超疏水表面的调制 光照 温度 超疏水表面 溶剂 磁力诱导 电场

  15. 疏水变亲水 亲水变疏水 电场调制 J. Am.Chem. Soc. 2004, 126, 62. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 357. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2012. Langmuir, 2004, 20, 3824. 超疏水表面的调制 PH调制 溶剂调制 Langmuir,2008, 24 (5), 2157 -2161.

  16. 温度调制超疏水表面 原理：PCL在不同温度下晶态和无定形态的转变导致疏水和亲水的转变 转变温度以下， 高分子链冻结，水无法使其变动 转变温度以上， 高分子链灵活，水使其亲水基团朝上 接触角：88.1 ° 接触角：60.8 ° Jiang L, Chem. Commun, 2008, 2025-2027

  17. X mm Si 166.9° 9.7° 温度调制超疏水表面 X =40 X =0 沟槽窄时：cassie 理论 沟槽宽时：wenzel 理论

  18. 总结 • 从自然界中获取灵感 • 如何获得多功能化的超疏水表面 • 超疏水表面的可控调制

  19. 致谢 • 感谢黄老师！ • 感谢大家！

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