自修复型超疏水表面研究进展文献综述

 2022-11-27 03:11

文献综述

  1. 引言

自然界中有很多神奇的现象,超疏水现象便是其中之一。人们在植物的叶子(最常见的如荷叶) 、蜘蛛的丝、鸟的羽毛以及昆虫的腿上发现了超疏水现象[1],并对这一现象进行了科学研究。人们得出其表面特征是与水的静态接触角超过150°且滚动角小于10°的结论。现在已经有多种方法和技术被应用于制造超疏水表面,如刻蚀法、气相沉积法、自组装法、溶胶-凝胶法等方法。超疏水材料在自清洁、减阻、抗腐蚀、防污染、油水分离等领域有广泛的应用前景[2-4]

超疏水材料表面的构建通常需要在低表面能的物质上构造纳米结构以增加材料表面的粗糙度,这就导致材料很容易因为表面的微纳米结构的破坏而失去疏水性能。针对这一问题,科学家提出两种构筑具有长效耐久性的超疏水材料的方法,其中之一便是构筑具备自修复性能的超疏水材料。自修复聚合物材料作为一种智能材料,类似于生物体,能够自主地修复在使用过程中产生的裂纹和局部损伤,从而恢复原有的功能,这对解决超疏水材料地耐用性问题提供了新的思路。

自修复材料可分为外援型(extrinsic self-healing materials)和本征型(intrinsic self- healing materials)两类[5]。外援型自修复使在集体中预先埋存包裹有修复剂的微胶囊、中空纤维等,当材料受到损伤后,微胶囊或中空纤维受到破坏,释放修复剂产生自修复功能,这类材料的制备方法简单,修复效率高而且使用范围广,可应用于涂料、增韧增强复合材料、泡沫材料、陶瓷及金属等材料领域,是最具有工业化潜力的自修复类型。本征型自修复是指在体系中引入一类或多类可逆的化学键如Diels-Alder反应、酰腙键、酯键等,基于金属-配体配位作用,超分子相互作用如氢键、pi;-pi;键堆叠作用等实现自修复[6]。。

  1. 普通超疏水材料合成方法

2.1刻蚀法

刻蚀法分为化学刻蚀法和离子刻蚀法[7]。化学刻蚀法是用刻蚀剂对金属和合金表面进行刻蚀,其原理是利用合金的不同成分对不同成分试剂的耐腐蚀性能不同,或是利用晶格缺陷进行选择性刻蚀,制得表面微结构。离子刻蚀是利用等离子体强化后的反应离子气体轰击待刻蚀材料来织造表面微结构的方法。

2.2气相沉积法

气相沉积法(CVD)是一种制备为纳米结构的有效方法[8],Li[9-10]通过化学气相沉积法,在石英基底上制备了具有蜂窝状、柱状、岛状等各种图案结构的阵列碳纳米管薄膜。田根林等通过气相沉积法,以三氯甲基硅烷作为原料,在竹材表面覆盖形成的多聚甲基硅烷数值纳米棒阵列或纳米网状结构,使竹材具有超疏水性能,横切面对水接触角最大达到157°。

2.3溶胶凝胶法

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