浸润性是固体表面一个特有的重要性质,受荷叶出淤泥而不染现象的启发,人们逐渐将研究视线延伸到浸润性领域,而独特的梯度浸润性作为浸润性领域内一个重要分支,在构建可控浸润性表面方面具有重大意义。浸润性梯度表面是指在沿着平行于固体表面方向上,一种或几种表面性质(表面结构形貌、厚度和表面化学组成等)随位置的变化具有连续变化从而引起表面浸润性连续变化的特殊梯度表面。浸润性梯度表面由于其特殊的浸润性梯度变化,在实现液滴的自运输、研究细胞吸附动力学和提高热交换效率等领域具有重要的应用价值。本课题主要采用简单实用的氨碱氧化法,以铜网为实验材料,通过利用分液漏斗缓慢滴加氨碱混合溶液的方式来实现铜网表面结构形貌的连续性变化,得到从超亲水到疏水的连续浸润性梯度铜网。实验原理是当铜网与氨碱混合溶液接触发生反应时,会在铜网表面生长出一种氢氧化铜纳米线,纳米线的生长增大了表面粗糙度,同时由于纳米线上亲水基团羟基的存在,使得铜网表面呈现出亲水性或超亲水性。随后对该浸润性梯度铜网进行一系列的表征与分析,详细探讨了浸润性梯度形成的原因、影响因素以及潜在的应用价值。通过扫描电子显微镜观察铜网表面微观结构,分析纳米线的生长状况与反应时间的关系,结果表明由于反应时间的不同,纳米线的生长状况也会发生一定变化,随着反应时间的增加,纳米线的分布密度和生长长度也会逐渐增加,纳米线生长状况的连续性变化是引起铜网表面浸润性呈现梯度变化的关键因素。采用接触角测量仪观察并测量铜网表面接触角,直观地反映出浸润性的梯度变化,接触角大小沿反应时间从长到短的方向,从3°(超亲水性)逐渐增加至铜网原始接触角98.6°(疏水性),证实了实验方案的可行性。紧接着改变混合溶液浓度和溶液滴加速度这两个实验条件分别进行对照实验,结果表明溶液的浓度同样会影响纳米线在铜网表面的生长,高浓度下纳米线生长速度较快,接触角在反应初期就已经达到亲水性,无法呈现理想的梯度变化,随着浓度的降低,纳米线生长速度有所下降,接触角变化也较为明显,所以选择合适的浓度可以得到理想的梯度变化;混合溶液的滴加速度会影响梯度变化的长度范围,在相同反应时间内,流速越快,铜网与溶液反应的面积越大,形成的浸润性梯度的长度也会越长,因此控制溶液的滴加速度和反应时间可以得到实际应用所需要的梯度变化长度。最后针对难以处理的海洋溢油事件,本文研究了水下油滴在倾斜放置的浸润性梯度铜网表面的运动状态,同时用单一超亲水铜网作为对照实验,结果表明,油滴在单一超亲水铜网表面迅速滚动并最终从铜网上滚落,而在浸润性梯度铜网表面具有不一样的运动状态,油滴在亲水段和超亲水段可以自由滚动,但是在疏水段无法滚动,而是粘附在铜网表面,通过分析发现,水无法完全浸润铜网疏水段的微纳米结构,残留在结构中的空气会对油滴具有一定的粘附力,正是这种粘附力阻碍了油滴的自由运动,根据这一特殊现象,本文模拟了海洋溢油的处理过程,实验结果表明,该浸润性梯度铜网能够高效且连续的实现油水分离,并具有较强的耐强碱性和耐高温性,证明了该浸润性梯度铜网在大规模横流式油水分离应用领域的重要价值。随后又研究了水下气泡在该铜网表面的行为状态,并通过进行简单的电解水实验证明了该浸润性梯度铜网能够提高加快气泡析出,提高电解效率,在析气反应中具有巨大的应用前景。