超疏水纳米材料的应用

       几十年来人们在荷叶，蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下，研究了各种各样的超疏水纳米材料，超疏水纳米材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构，更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面。超疏水纳米材料具有特殊微纳米结构，因此有疏水自清洁性，防污染等一系列优异性能，同时在强度、耐热、耐酸碱等性能方面又十分优异的新材料。

超疏水材料由于其优异的超拒水性能,在国防、工农业生产和日常生活中有着广泛的应用前景。例如超疏水技术用在室外天线上,可防止积雪从而保证通信质量；用在船、潜艇的外壳上,不但能减少水的阻力,提高航行速度,还能达到防污、防腐的功效；用在石油输送管道内壁、微量注射器针尖上能防止粘附、堵塞、减少损耗；用在纺织品、皮革上,还能制成防水、防污的服装、皮鞋。正是由于有如此的需求,超疏水材料的应用研究才越来越受关注。将拒水拒油剂涂覆在纺织品、皮革表面或将需处理的材料浸没在含硅、氟元素高聚物的溶液、乳液中,可以制备拒水、防污的材料。

一、超疏水纳米材料在防污、防腐、自清洁方面的应用 

众所周知,冰箱(冰柜)内胆表面凝聚FOFM-TEXT冷凝水，结霜、结冰现象严重，使导热率降低，不利于制冷并影响食物保存且耗费电能。王跃河将纳米超疏水技术应用于制冷领域中发现,采用超疏水内胆或者在内胆上采用特殊工艺附上一层纳米超疏水材料，内胆表面上的小水滴就会自动滑落不在内胆上沉积，从而避免内胆表面出现结霜、结冰现象。超疏水界面材料还可用在室外天线等户外设备上，可有效防止积雪,从而保证高质量的接收信号。

二、超疏水纳米材料在防附着、减少阻力方面的应用

江雷研究小组通过控制表面形态及模仿生物表面,成功制备出了超疏水自清洁、滚动各向异性及高黏附性超双疏水表面,这种双疏水界面材料会给人们的日常生活及工农业生产带来极大的便利和高附加产值，将超双疏界面材料涂在轮船的外壳、燃料储备箱上,不仅可以达到防污、防腐的效果，用于输送石油的管道中,还可以防止石油粘附管道壁,从而减少运输过程中的损耗并防止石油管道堵塞；用于水中运输工具或水下核潜艇表面上,可以减少水的阻力,提高行驶速度；用于半导体传输线上,可防止雨天因水滴放电而产生的噪音;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染；涂有超双疏水剂的纺织品和皮革,是一种很好的防水防污材料。 

     清华大学的张希教授设计了巧妙的实验比较了具有超疏水表面的金属和普通的疏水金属在水溶液中的运动速度，从而直观地证明了超疏水表面具有减阻的作用。段辉等人采用酸碱两步催化的表面凝胶化技术制备出了具有有机涂层力学性能的超疏水涂层材料.这种材料的阶层结构与天然荷叶表面的极其相似,接触角达到150°以上,涂层的综合力学性能良好,可望应用于军事舰船、潜艇的表面,以防止海生物附着,提高航速。哈工大的潘钦敏博士等研制的新型超级浮力材料。该种材料的应用前景相当广泛，可开发疏水的船舶表面，提高其抗海水腐蚀能力，如果应用在潜艇的壳体表面则可减小潜水阻力及增加航行速度，节省能源。

三、超疏水纳米材料在微流体控制方面的应用

超疏水材料表面所具有的不浸润性及低表面粘滞力，使其在微流体控制应用方面也有十分出色的表现。比如控制微液滴的运动和流动，并以此制造微液滴控制针头，使得在实验或者生产过程中对液体滴加计量能够精确控制，实验试剂的添加将更得心应手。如果将这类技术运用到诸如静电喷涂领域，比如用超疏水材料制造喷漆喷胶等的喷头，将会使喷涂的液滴更加均匀，雾化效果更好，可以运用在对喷涂效果有特殊要求的场合。另外如果以这类材料制作毛细管类的材料，将会使液滴的虹吸量更少，可以制造体积更小精密度更高的液体传输设备。

四、超疏液纳米材料的应用 

  超疏液表面作为超疏水表面的升级和扩展，不仅超疏水而且超疏油，对几乎任何液体都具有很高接触角和很低的流动阻力。为开发适用于任何液体的“超疏液”表面需要特殊的倒悬微纳米结构。研究人员采用了静电纺丝技术，它利用电荷从溶液中制出固体微粒。迄今为止他们已经把这种涂层涂抹到小瓷砖上和邮票大小的织物上。该涂层是橡胶塑料粒子聚二甲基硅氧烷(PDMS)和美国空军发明的含有碳、氟、硅和氧的防水纳米立方体的混合物。

  据研制出这种材料的美国密歇根大学的工程学研究人员说，这种空气成分高达至少95%的纳米涂层，能够抵御范围最广的任何材料形成的液体，促使它们从物体表面反弹出去。除了超强抗污服装外，这种涂层还能制成透气性外套，用来保护士兵和科学家，避免他们接触到危险化学物，并能制成防水涂料，减少船只的阻力。当通常对衬衫或者皮肤有害的液滴接触到这种新型“超疏液表面”时，它们会被反弹回来。

  超疏水材料的应用面相当广泛，可涵盖航天军工，交通工具、农业、建筑、医疗、日用纺织品等各个方面，可以说前景非常广阔。