【正文】 但是如果將基底都傾斜很小的一個(gè)角度，就像圖中所示的那樣，可以發(fā)現(xiàn)最右邊的液滴順勢(shì)滑落，而左邊的液滴都不會(huì)下滑，從中可以看出靜態(tài)接觸角和動(dòng)態(tài)接觸角的本征區(qū)別，要設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的浸潤(rùn)性表面，就必須考慮到液滴在微小力作用下滾動(dòng)角。對(duì)于固體表面來說，一般按照其自由能的大小可以分為親水表面和疏水表面。 影響固體表面浸潤(rùn)性的因素： Materials Chemistry II 固體表面的幾種不同浸潤(rùn)形式 Materials Chemistry II 超親水與超疏水狀態(tài) 表面粗糙度可以增強(qiáng)表面的浸潤(rùn)性 ，這樣就產(chǎn)生了兩個(gè)特殊的浸潤(rùn)性狀態(tài)：超親水狀態(tài)和超疏水狀態(tài)。即使僅僅通過高表面能的物質(zhì)修飾，有些表面也能表現(xiàn)出超親水性質(zhì)。這種特殊的疏水狀態(tài) (性質(zhì) )，被稱為超疏水狀態(tài) (性質(zhì) )。對(duì)于Wenzel狀態(tài)，水滴以浸潤(rùn)模式接觸表面，就像是 “ 釘 ” 在表面上，表現(xiàn)出了極大的接觸角滯后。這種表面的接觸角滯后現(xiàn)象就可以通過測(cè)量滾動(dòng)角來反映。根據(jù) Barthlott和 Neinhuis的研究表明，其較大的接觸角主要是由于荷葉表面的植物蠟以及微米尺度的乳突結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。荷葉表面自由分布的乳突的直徑從 5μm到 9μm不等（圖 ）。 Materials Chemistry II 為了探索微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)接觸角和滾動(dòng)角的影響，具有和沒有這種分級(jí)結(jié)構(gòu)的兩種碳納米管陣列膜層被用做對(duì)比研究。同樣如果采用化學(xué)氣相沉積的方法沉積上一層異相催化劑，可得到荷葉狀結(jié)構(gòu)的碳納米管陣列膜層。稻葉的各向異性去潤(rùn)濕現(xiàn)象就是一個(gè)很好的例子。水滴可以在這個(gè)方向上自由滾動(dòng)，但是在垂直于該方向（箭頭 b）上卻運(yùn)動(dòng)困難。這種表面結(jié)構(gòu)同樣表現(xiàn)出了類似于稻葉的潤(rùn)濕性，證明了各向異性的分級(jí)微結(jié)構(gòu)確實(shí)對(duì)表面的性質(zhì)有著很大的影響。? ,15μm。有趣的是，水在這些表面的潤(rùn)濕性和擴(kuò)展行為和基底地上柱狀排列的間距密切相關(guān)。這表明通過簡(jiǎn)單的調(diào)控結(jié)構(gòu)參數(shù)而不用改變表面的自由能，就可以將膜層的性質(zhì)在非常親水到超疏水之間進(jìn)行調(diào)控。 （ B）水黽腿上無數(shù)取向的紡錘形剛毛的掃描電子顯微鏡照片， 插圖為單根剛毛上的納米尺度的凹槽結(jié)構(gòu) Materials Chemistry II 圖 177。水黽單條腿上的靜態(tài)接觸角也高達(dá) 167177。根據(jù)cassie潤(rùn)濕模型，這樣的微觀結(jié)構(gòu)可以被看作是固體和氣體（空氣）組成的混合表面。 水黽腿具有超強(qiáng)疏水性和斥水力的原因 Materials Chemistry II 通過構(gòu)筑表面結(jié)構(gòu)創(chuàng)造超疏水性 在表面構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)的方法：如激光燒蝕，選區(qū)氧等離子刻蝕，溶膠凝膠等。這樣，一種規(guī)整的六方柱狀排列便在聚合物表面產(chǎn)生（圖 ）。對(duì)于弱親水性的聚合物聚碳酸酯 ，通過上述方法制備的膜層當(dāng)納米柱的尺寸為177。 然而，通過這種方法將納米柱的尺寸僅進(jìn)一步減小時(shí) ，其接觸角卻很難進(jìn)一步減小 。這些纖維的高度達(dá)到了10μm左右，它可以在表面帶來非常大比例的空氣包埋。而平面膜層接觸角只有 177。由于這些分級(jí)結(jié)構(gòu)的存在，這些膜層的 接觸角達(dá) 166o，滾動(dòng)角卻小到 177。 改善結(jié)構(gòu)提高超疏水性 Materials Chemistry II 自組裝技術(shù)提供了一種可行的通過化學(xué)方法來改變固體表面性質(zhì)的途徑，其同樣可以方便地被用作調(diào)節(jié)表面的自由能。隨著沉積時(shí)間的延長(zhǎng)，金聚集體的密度呈線性增加。隨著電鍍時(shí)間的延長(zhǎng)，改性后的膜層的接觸角呈增大趨勢(shì)（如圖 ）。 電化學(xué)沉積和單分子組裝增強(qiáng)超疏水性 Materials Chemistry II 圖 （ a）在改性的樹枝狀金聚集體膜層上測(cè)定的水的動(dòng)態(tài)接觸角隨電化學(xué)沉積時(shí)間的變化曲線，（ b）在樹枝狀金聚集體表面的水滴的形狀，（ c）將（ b）在空氣中暴露 40分鐘后水滴的形貌。上面的結(jié)果也表明， 通過改變表面的自由能，粗糙表面的潤(rùn)濕性可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 聚 N異丙基丙烯酰胺（ PNIPAAm）是著名的熱響應(yīng)性聚合物，如果用其對(duì)表面進(jìn)行修飾就可能實(shí)現(xiàn)上述想法。 Materials Chemistry II 圖 轉(zhuǎn)換：（ A）平面基底上水滴的形貌（上部）和使 PNIPAAm分子具有溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換性質(zhì)的 PNIPAAm分子間和分子內(nèi)氫鍵可逆競(jìng)爭(zhēng)的示意圖（下部），（ B）粗糙表面的水滴形貌。圖 上的形貌， 其接觸角達(dá) 177。該網(wǎng)格這種對(duì)水和油極端相反的潤(rùn)濕性可以使其非常有效地實(shí)現(xiàn)油水分離。例如，原始的聚丙烯過濾膜過濾效率較低，這主要受到材料自身疏水性的影響。這些新的功能和性質(zhì)可為我們的生活帶來極大的便利，同時(shí)也可大幅增加產(chǎn)品的附加值。 在紡織品領(lǐng)域，雙親性會(huì)賦予面料舒適，排汗以及透氣性，親水性則可提高面料的染色性以及色彩的牢固性，這在毛織品以及聚丙烯纖維方面已得到了成功應(yīng)用。 Materials Chemistry II 圖 PTFE包覆的銅網(wǎng)格以及其對(duì)水油表現(xiàn)出的極端的潤(rùn)濕響應(yīng)性：（ A）包覆的銅網(wǎng)格的掃描電子顯微鏡照片，（ B）網(wǎng)格上水滴的形狀，（ C）油滴的快速滲透過程。另外，水在該膜層上的滾動(dòng)角為 4o，表明其對(duì)水的粘附力很弱。圖 通過噴涂干燥處理后得到的聚四氟乙烯包覆的銅網(wǎng)的掃描電子顯微鏡照片。然而，如果是在粗糙的，無論是在低溫下的親水性和在高溫下的疏水性都隨著表面粗糙度的增加而增加。親水性的表面的親水性和疏水表面的疏水性可以通過表面粗糙度被極大地增強(qiáng)。對(duì)于粗糙的表面，其變化范圍在 0o到 157o之間。類似于荷葉，該表面的滾動(dòng)角大于為 。當(dāng)這些親水性的膜層在十二硫醇的乙醇溶液中浸泡后，其可表現(xiàn)出超疏水的性質(zhì)。 圖 在聚電解質(zhì)改性的 ITO玻璃上通過電化學(xué)沉積制備的樹枝狀金聚集體的 SEM照片，沉積時(shí)間分別為：（ a） 2s，（ b） 50s，（ c）200s，（ d） 800s Materials Chemistry II 通過電化學(xué)沉積的方法，可以在通過聚電解質(zhì)多層膜修飾的導(dǎo)電 ITO玻璃基底上沉積上樹枝狀的金的聚集體。 電流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)也是一種可將多種材料制備成微米到納米纖維或粒子的有效方法。 聚合物表面的多孔結(jié)構(gòu)可以非常便利地通過利用不同聚合物在溶劑中的溶解性差異來制備。 ， 但這種膜層的接觸角卻高 177。 “滾壓 ” 技術(shù)在聚合物表面制備柱狀結(jié)構(gòu) Materials Chemistry II 圖 表面具有特殊微納米結(jié)構(gòu)的超疏水聚合物膜層的掃描電子顯微鏡照片：（ A）具有良好柱狀圖案化結(jié)構(gòu)的聚合物膜層的掃描電子顯微鏡照片；（ B）具有超疏水性質(zhì)的蟬的翅膀上納米結(jié)構(gòu)；（ C）聚丙烯腈納米纖維陣列膜層（上視圖），插圖為側(cè)視圖；（ D）具有微球以及納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯膜層 表面具有特殊微納米結(jié)構(gòu)的超疏水聚合物膜層 Materials Chemistry II 為了解決這一問題，基于擠出技術(shù)的模板被用作制備陣列狀聚丙烯腈納米纖維膜層。 ，而在 其平面基底上，其接觸角只有 177。蟬的翅膀?qū)τ谟晁吐端哂谐杷头菨?rùn)濕性，同時(shí)也不會(huì)被灰塵弄臟。因此，人們發(fā)展了多種在它們表面構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)的方法。這 一獨(dú)特的微米、納米結(jié)構(gòu)的混合存在于腿表面賦予了水黽腿超疏水性質(zhì)和驚人的斥水力 ，使得水黽能夠在水上生存。它們呈針狀，直徑從三微米至幾百納米不等（圖 ）。單腿的最大支撐力是 152達(dá)因， 是昆蟲全身重量的 15倍左右 。這些組分的不同排列造成了上述現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)間距很大時(shí)，水滴可以在膜層上停留幾秒鐘然后再擴(kuò)散開來。為了驗(yàn)證這種想法，科學(xué)家們制備了三維各向異性的碳納米管陣列（圖 ）?！?10μm。而荷葉上由于乳突的均勻分布，水滴在其表面的運(yùn)動(dòng)各向均相同。相應(yīng)的，其也表現(xiàn)出了良好的超疏水性質(zhì)。這種對(duì)比表明分級(jí)結(jié)構(gòu)不僅可以提高膜層的疏水性，而且還可以帶來小的接觸角。這些碳納米管的尺寸在 15nm到 50nm之間。這種結(jié)構(gòu)在乳突之間同樣存在（圖 ）。然而，如果根據(jù)上述模型進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，則能得到的最大的理論接觸較為 147o，其比實(shí)驗(yàn)值小了很多。 Gecko狀態(tài) 一種是與環(huán)境相通的；另一種是被封閉在 PSNT內(nèi)的，一旦水滴被外力拉，封閉在納米管內(nèi)的空氣的體積將發(fā)生相應(yīng)的變化而引起負(fù)壓，這樣就可能產(chǎn)生一個(gè) “ 粘附 ” 力 。相比較而言，在 Cassie狀態(tài)下，水滴以非浸潤(rùn)模式接觸表面