疏油疏水自清潔納米涂料的荷葉效應怎么形成?
疏油疏水自清潔納米涂料噴涂在金屬表面上水的接觸角大于90度時,為疏水表面,而接觸角大于150度時,稱超疏水表面,不僅疏水也疏油,成為所謂的雙疏表面。由于水的表面張力為72mN/m,而油為20~30mN/M,僅通過表面張力的改變是很難達到雙疏表面的。但人們發現天然界的荷葉,蕓苔表面僅為一般的蠟覆蓋,但與水的接觸角可達160度,表現出超疏水的性質,這種現象被稱為荷葉效應。水在蠟上的接觸角不可能有如此之高,是什么原因使荷葉等具有如此好的超疏水性呢?
經研究證明這些天然植物表面無一例外地都非常粗糙。荷葉表面由無數微米級乳突組成,每個微米級乳突上又為無數納米級乳突所覆蓋,這種微納結構造成荷葉具有極高的粗糙度。正是荷葉特殊的表面微觀形貌,使它具有超疏水性。為了更好地了解荷葉效應,這里再一次討論楊氏公式改寫為:
cos0=(ysg-ysl)ylg
可以看出楊氏公式中本征接觸角的大小只決定于表面張力,而表面張力是由化學組成決定的。從上節討論知道接觸角不僅和表面張力有關也和表面粗糙度有關,楊氏公式忽略了表面微觀形貌對接觸角的影響,因此楊氏公式只適用于光滑表面。當在粗糙表面上時,將粗糙度i引入公式,得到下式:
Cos0=i(ysg-ysl)ylg
0為在粗糙表面上的接觸角,也可表示為
Cos0=i.cos0
當液體在平滑表面上的接觸角大于90度時,i增加時,0遂漸增大,直至獲得超疏水表面或雙疏表面。
在粗糙表面上的液滴并不一定能充滿所有溝槽,在液體可能有空氣存在,即有a
Cos0=fs(1+com0)+1
其中,0為本征接觸角;0為表觀接觸角;fs為固體所占有面積分數即a/i.根據這個公式,具一定親水性質的表面,若其表面具有高粗糙度的特殊納米級微觀結構,可使表面穩定地存在一定面積的空氣,使液體與一定空氣接觸,也可得到超疏水表面。例如,在各種材料的表面上若有納米尺寸幾何形關互補的微觀結構,如凹凸相間的納米結構,由于納米尺寸的凹表面可使吸附氣穩定存在,所以宏觀表面上相當于有一層穩定的氣體薄膜,使油和水無法直接和表面完全接觸,此時表面便可呈超雙疏性。
超雙疏的漆膜表面具有十分重要的意義。超雙疏納米涂料可以作為自清潔納米涂料,可用于防止生物生長的自清潔納米抗菌涂料?,F在已有很多方法用于制造超疏水表面,如等離子表面聚合法、升華制孔法、化學沉積法,相分離法、模板刻蝕法和一步成膜法等,以上的物理或化學方法對制備大面積的涂層都有非常困難的。
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