【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ITO上電化學(xué)沉積不規(guī)則多孔粗糙氧化鋅薄膜,經(jīng)氟硅烷修飾后,接觸角為(152 20)176。?Shirtcliffe等利用掩模光刻技術(shù)和電化學(xué)沉積技術(shù)將硫酸銅溶液中的銅元素沉積到光滑銅表面, 獲得了高4181。ｍ、直徑40μｍ的雙尺度離散狀粗糙銅柱,經(jīng)氟碳化合物修飾后呈超疏水性,接觸角達(dá)165186。Yu等先在金上沉積金簇,再將其浸泡在HS(CH2)CH3和HS(SH2)10COOH的混合液中,獲得烷基和羧酸基的復(fù)合層,修飾后的表面呈超疏水性。 Xi等將易與乙醇溶液中脂肪酸分子發(fā)生反應(yīng)的金屬銅作為陽(yáng)極,銅、鋅、鋁、鎳、鐵、鈦分別為陰極,以脂肪酸為電解液, 制備出了微納米結(jié)構(gòu)的金屬脂肪酸微簇薄膜表面,該表面不僅對(duì)純水有超疏水性能,而且還對(duì)全PH值范圍內(nèi)的酸堿溶液、Na2CO3溶液、NaCl溶液等腐蝕性很強(qiáng)的液體都具有超排斥性,其中在銅表面上生成的十四酸銅微簇對(duì)水的靜態(tài)接觸角為160186。,滾動(dòng)角為2186。 化學(xué)腐蝕法化學(xué)腐蝕法是指將工件置于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性等溶液中,依靠溶液的腐蝕性在金屬表面加工出微納米結(jié)構(gòu)。Qian等利用金屬中缺陷優(yōu)先腐蝕的性質(zhì),采用位錯(cuò)腐蝕劑對(duì)鋁、銅、鋅表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕,當(dāng)晶面暴露在相應(yīng)的位錯(cuò)腐蝕劑中時(shí),在位錯(cuò)露頭處將形成凹坑,經(jīng)氟硅烷修飾后,制備出超疏水表面,接觸角大于150,滾動(dòng)角小于10186。李艷峰等采用鹽酸溶液對(duì)鋁合金進(jìn)行化學(xué)腐蝕,獲得了由長(zhǎng)方體狀凸臺(tái)和凹坑構(gòu)成的深淺相間的迷宮型微納米結(jié)構(gòu),再經(jīng)過(guò)氟硅烷修飾后獲得了具有超疏水性質(zhì)的表面,接觸角達(dá)到156186。,接觸角滯后為5186。Sarkar等采用與李艷峰相同的方法得到接觸角為164186。的鋁超疏水表面。Guo等用NaOH溶液分別腐蝕鋁和鋁合金,得到了多孔鋁表面和孤島狀鋁合金表面,經(jīng)低表面能材料修飾后,呈現(xiàn)超疏水性,鋁超疏水表面對(duì)水的接觸角達(dá)到(168 2)176。, 鋁合金超疏水表面的接觸角為(152 2)176。,它們對(duì)水的滾動(dòng)角均小? ?于2176。該研究小組將銅浸在草酸溶液或過(guò)硫酸鉀和氫氧化鉀的混合水溶液中,均獲得銅超疏水表面。 化學(xué)沉積法化學(xué)沉積法是指將工件置于金屬鹽溶液中,依靠化學(xué)還原置換反應(yīng), 將活潑性次于工件的金屬還原出來(lái),并在工件表面沉積出微納米結(jié)構(gòu)。Larmour等將鋅和銅分別浸泡在硝酸銀溶液和氯金酸溶液里, 采用化學(xué)還原置換反應(yīng),在鋅表面鍍銀和銅表面鍍金,經(jīng)全氟十二烷硫醇修飾后, 呈超疏水性且接觸角高達(dá)(1731)186。, 滾動(dòng)角達(dá)( )186。該小組采用該方法又分別在鋅上鍍金, 在銅??上鍍銀。Song等使用氯金酸溶液, 在銅板上化學(xué)沉積了由Al，CuCl,Cu2O組成的多孔微納米結(jié)構(gòu), 該表面不經(jīng)任何低表面能材料修飾就顯示超疏水性,接觸角為154186。 一步浸泡法一步浸泡法是指將金屬浸泡在某些溶液中就可得到超疏水表面, 無(wú)需后期的低表面能物質(zhì)修飾。,表面形成了規(guī)則的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)薄膜,該表面對(duì)水的接觸角為155186。郗金明等分別將銅片和鋅片浸入全氟脂肪酸的乙醇溶液中,室溫條件下靜置浸泡適當(dāng)時(shí)間,在金屬表面上形成花形微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的金屬脂肪酸鹽微球。對(duì)水的接觸角約為162186。, 滾動(dòng)角約為2176。,同時(shí)對(duì)色拉油的接觸角超過(guò) 150186。,具有超雙疏的特點(diǎn)。Wu等將玻璃覆蓋在銅鋅合金片的中部,液中, 表面形成一層微納米結(jié)構(gòu)。被玻璃覆蓋的地方, 生成的是花狀結(jié)構(gòu)超疏水表面, 接觸角達(dá)到161186。,滾動(dòng)角5186。 研究背景與意義具有超雙疏性能的表面越來(lái)越受到人們的關(guān)注。比如超雙疏界面材料可涂在輪船的外殼、燃料儲(chǔ)備箱上，可以達(dá)到防污、防腐的效果；用于石油管道的運(yùn)輸過(guò)程中，可以防止石油對(duì)管道黏附，從而減少運(yùn)輸過(guò)程中的能量損耗；用超雙疏材料修飾紡織品；而在建筑和汽車上使用的玻璃要求其必須具備防水、防霧、自清潔和低輻射等功能。目前，隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，城市建筑在給人們帶來(lái)藝術(shù)享受的同時(shí)，它的日常清潔卻存在許多的難題。如果在自然環(huán)境下，利用雨水使污濁表面“自動(dòng)”變得清潔，不僅可以給人們一個(gè)清新潔凈的環(huán)境，而且可以省時(shí)省力，避免水資源浪費(fèi)以及因使用去污劑而導(dǎo)致的環(huán)境污染。這就是目前新材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)——“自清潔”技術(shù)。毫無(wú)疑問(wèn)，自清潔技術(shù)目前已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的廣泛關(guān)注。事實(shí)上，大自然已經(jīng)給予人們?cè)S多關(guān)于自清潔的啟示，例如出淤泥而不染的荷葉。然而，這種基于“荷葉效應(yīng)”的超雙疏自清潔表面，目前在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。影響超雙疏自清潔表面實(shí)用化的原因之一，就是因?yàn)槟壳把兄频拇蠖鄶?shù)自清潔表面只具有超疏水特性（而不能超疏油） ；這些超疏水表面對(duì)油不具有排斥力，因此對(duì)于油污等污漬，往往束手無(wú)策。因此，本研究旨在研究既能超疏水、又能超疏油的表面處理技術(shù)。這對(duì)于城市建筑的清潔美觀，對(duì)于美化人們的居住環(huán)境，都是非常有益的。 納米技術(shù)納米技術(shù)（nanotechnology）是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，它是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）結(jié)合的產(chǎn)物。同時(shí)它是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。 納米材料納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡(jiǎn)稱為納米材料(nano material)，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長(zhǎng)度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來(lái)的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長(zhǎng)，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。在歷史上，很長(zhǎng)時(shí)間里人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。第一個(gè)真正認(rèn)識(shí)到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們?cè)?0世紀(jì)70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過(guò)研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個(gè)導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來(lái)的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，像鐵鈷合金，把它做成大約20～30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來(lái)高1000倍。80年代中期，人們才正式把這類材料命名為納米材料。納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nano particle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)人們將宏觀物體細(xì)分成超微顆粒（納米級(jí)）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體時(shí)相比將會(huì)有顯著的不同。當(dāng)物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在 ～100 納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì)發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。 這種既具不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒(méi)有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。 納米動(dòng)力學(xué)納米動(dòng)力學(xué)，主要是微機(jī)械和微電機(jī)，或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS) ，用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等。用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。理論上講：可以使微電機(jī)和檢測(cè)技術(shù)達(dá)到納米數(shù)量級(jí)。 納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子） ，則可溶于水。納米生物學(xué)發(fā)展到一定技術(shù)時(shí)，可以用納米材料制成具有識(shí)別能力的納米生物細(xì)胞，并可以吸收癌細(xì)胞的生物醫(yī)藥，注入人體內(nèi)，可以用于定向殺癌細(xì)胞。 納米電子學(xué)納米電子學(xué)是討論納米電子元件、電路、集成器件和信息加工的理論和技術(shù)的新學(xué)科。它代表了微電子學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)并將成為下一代電子科學(xué)與技術(shù)的基礎(chǔ)。最先實(shí)用化的三種器件和技術(shù)分別是納米MOS 器件，共振隧穿器件和單電子存儲(chǔ)器。近年來(lái)，在國(guó)家?guī)醉?xiàng)基金項(xiàng)目的支持下，開(kāi)展了深亞微米MOS器件，單電子器件以及納米結(jié)構(gòu)電子輸運(yùn)理論的研究。在大量查閱國(guó)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，逐漸理出了當(dāng)前“ 納米電子學(xué) ”主要的理論和主要研究領(lǐng)域。正像美國(guó)總統(tǒng)顧問(wèn)尼爾萊恩指出的：“納米技術(shù)不僅僅是向小型化邁進(jìn)了一步，而是邁入了一個(gè)嶄新的微觀世界，在這個(gè)世界中物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)受量子原理的主宰。 ”從某種意義上說(shuō)納米技術(shù)就是人工制造的、具有量子效應(yīng)的結(jié)構(gòu)技術(shù)。未來(lái)的電子系統(tǒng)和裝備都將運(yùn)行在量子力學(xué)原理之上。因此，納米科技的研究和教學(xué)都需要在量子物理的層面上進(jìn)行。目前已經(jīng)研制出的新型納米器件，例如，共振隧穿器件、單電子器件等都是如此。由于納米器件的工作原理不同于經(jīng)典器件，涉及到較深的量子力學(xué)理論和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。納米電子學(xué)存在著10大難題：；；；；“芯片” ；；；；；10.“互連問(wèn)題 ”。 納米發(fā)展趨勢(shì)高級(jí)納米技術(shù)，有時(shí)被稱為分子制造，用于描述分子尺度上的納米工程系統(tǒng)（納米機(jī)器） 。無(wú)數(shù)例子證明，億萬(wàn)年的進(jìn)化能夠產(chǎn)生復(fù)雜的、隨機(jī)優(yōu)化的生物機(jī)器。在納米領(lǐng)域中，我們希望使用仿生學(xué)的方法找到制造納米機(jī)器的捷徑。然而，K Eric Drexler 和其他研究者提出：高級(jí)納米技術(shù)雖然最初會(huì)使用仿生學(xué)輔助手段，最終可能會(huì)建立在機(jī)械工程的原理上。（National Science Board）于 2022 年底批準(zhǔn)“國(guó)家納米科技基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃” （National Science Board Approves Award for a National Nanotechnology Infrastructure Network，簡(jiǎn)稱 NNIN） ，將由美國(guó) 13 所大學(xué)共同建構(gòu)支持全國(guó)納米科技與教育的網(wǎng)絡(luò)體系。該計(jì)劃為期 5 年，于 2022 年一月開(kāi)始執(zhí)行，將提供整體性的全國(guó)性使用技能以支持納米尺度科學(xué)工程與技術(shù)的研究與教育工作。預(yù)估 5 年間至少投資 700 億美元的研究經(jīng)費(fèi)。計(jì)劃目的不僅在提供美國(guó)研究人員頂尖的實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備，并能訓(xùn)練出一批專精于最先進(jìn)納米科技的研究人員。 2022 年前將可望在納米科技領(lǐng)域創(chuàng)造上百億歐元的經(jīng)濟(jì)營(yíng)收。歐盟議會(huì)也強(qiáng)調(diào)提高社會(huì)大眾對(duì)于納米科技的認(rèn)知，也同樣屬于整體納米發(fā)展計(jì)劃的一部分。另外，公眾健康、安全、環(huán)保問(wèn)題及消費(fèi)者保護(hù)也同樣被包含在此項(xiàng)議題之中。目前，納米科學(xué)及納米科技仍屬于新興的 Ramp。D 領(lǐng)域，其所必須解決與進(jìn)行研究的對(duì)象都存在于原子與分子的階層中。納米科學(xué)在未來(lái)幾年內(nèi)的應(yīng)用是眾所矚目，且必將對(duì)所有的科技產(chǎn)生重大影響。在未來(lái)，納米科技的研發(fā)工作也將對(duì)人體保健、食物、環(huán)保研究、資訊科學(xué)、安全、新興材料科學(xué)及能源儲(chǔ)存等領(lǐng)域產(chǎn)生重大的改變。2022～2022 年歐盟所進(jìn)行的第六期架構(gòu)計(jì)劃（FP6）中，納米科技與新興材料研發(fā)的經(jīng)費(fèi)約為歐元 13 億，而歐盟議會(huì)也有意提高經(jīng)費(fèi)并延長(zhǎng)研究時(shí)程（2022～2022 年） 。同時(shí)為凝聚與加強(qiáng)所有歐盟會(huì)員國(guó)在納米科學(xué)方面的研究，因此在規(guī)劃上歐盟議會(huì)也有意召集民間與其他單位的專家凝聚共識(shí)，以強(qiáng)化整體歐盟在此方面研究領(lǐng)域的力量。韓國(guó)政府已深切體認(rèn)到納米科技為本世紀(jì)科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，整合納米技術(shù)與資訊、生物、材料、能源、環(huán)境、軍事、航太領(lǐng)域之高新科技，并將創(chuàng)造出跨學(xué)門研究發(fā)新境界。韓國(guó)政府也理解到此新興科技也將是創(chuàng)造新產(chǎn)業(yè)與高科技產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)力，納米科學(xué)與技術(shù)的突破性進(jìn)展更將為人類能力、社會(huì)產(chǎn)出、國(guó)家生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)與生命品質(zhì)帶來(lái)巨幅的改善。韓國(guó)已宣示在 2022 至 2022 年十年間投入韓幣 2,391 兆元（約 20 億美元）于納米科技的研發(fā)，政府投入在納米科技的經(jīng)費(fèi)，2022 年與 2022 年比較，成長(zhǎng)約 400%。納米國(guó)家計(jì)劃的主要目標(biāo)之一為在某些競(jìng)爭(zhēng)性領(lǐng)域取得世界第一并發(fā)展產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的利基市場(chǎng)，韓國(guó)同時(shí)明確的把發(fā)展重點(diǎn)聚焦于諸如兆元級(jí)積體電子元件等核心關(guān)鍵技術(shù)。“2022 年執(zhí)行納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃”與“納米結(jié)構(gòu)材料技術(shù)發(fā)展” 、 “納米微機(jī)電與制造技術(shù)發(fā)展”等兩項(xiàng)新領(lǐng)域研究計(jì)劃同步開(kāi)始實(shí)施，再加上納米科技領(lǐng)域研究計(jì)劃在未來(lái) 69 年內(nèi)每年將投入 2 千萬(wàn)美元，在眾多政府研究機(jī)構(gòu)林立的 Daejoen 科學(xué)城，韓國(guó)高等科技研究院（KAIST）于去年設(shè)立納米制造中心，在未來(lái) 69 年內(nèi)投入 億美元，政府最近調(diào)整“2022 年納米科技發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃” ，包括：納米科技發(fā)展促進(jìn)法案，其目的二：一為建構(gòu)堅(jiān)固的納米科技核心研究基礎(chǔ)，二為激勵(lì)成熟納米科技的產(chǎn)業(yè)化，韓國(guó)政府也將配置 億美元（全國(guó)納米科技經(jīng)費(fèi)的 19%）于國(guó)家納米產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，其中包括產(chǎn)業(yè)研發(fā)基金與創(chuàng)投基金。 1996 年以來(lái)，國(guó)科會(huì)、經(jīng)濟(jì)部、教育部等部會(huì)已支持許多個(gè)別計(jì)劃從事有關(guān)于納米科技的研發(fā)，較近期的如教育部的卓越計(jì)劃、國(guó)科會(huì)納