论文部分内容阅读
[摘 要]超亲水表面由于良好的防雾和自清洁的功能，被不断的应用到实际生活之中，无论在日常生活还是工业生产中，都得到了越来越多的应用。本文对超亲水表面制备的方法和应用进行分析研究，以期更好的利用超亲水提供一定的帮助。
[关键词]超亲水；超疏水；制备；应用
中图分类号：F455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0032-01
前言
固体表面通常情况下具有一个显著的特征——表面浸润性，通常以接触角来表征液体对固体的浸润程度。接触角是指固、液、气三相接触达到平衡时，三相接触周边的任一点上，液气界面切线与固体表面间形成的并包含液体的夹角。当和固体表面的接触角大于90°时，这种情况通常会称为疏水表面；与之相对应的就是当和固体接触角小于90°的时候，被称为亲水表面。超亲水表面是指与水的接触角<5°的表面，其性能优异、应用广泛。超亲水表面相对的透明度较高，防雾而且能够比较快的干燥。同时，热传递也是超亲水的发展方向。
对于超亲水表面的制备有两个方面，一是光引发超亲水，如、ZnO、、、受紫外线的照射，由超疏水变成超亲水，二就是通过接触角的运算，由表面粗糙度进行一定的投影效果，使粗糙程度对此产生影响，并随着粗糙度的增加，变的更加亲水。单独一方面或者两者合二为一，都可以用来制备超亲水表面。
在日常生活中存在很多的超亲水表面，特别是一些植物上，例如热带植物的叶子表面，因为长时间的净化，加上表面结构和生物的浸润效果，可以产生亲水表面，通过对其进行研究，有利于制备超亲水表面（图1）。
一、超亲水表面的制备方法
1、溶胶凝脂法
溶胶凝脂法的操作过程相对简便，一般在低温的条件下进行，也是目前无机涂层最常用的一种方法。对水解和缩聚的前驱体进行一定方式的改变，获取相应的表面化学组成的薄膜。在实验探究的过程中发现，对于锐钛矿溶胶制成的TiO2，通过进行紫外线的加入并进行光辐照，进而可以得到超亲水表面。在黑暗的环境下，这种方法制备的超亲水表面可以保持相对较长的时间。不过它会随着时间的推移，逐渐变成疏水表面。这种制作超亲水表面的方式因为在制作过程中需要紫外线的照射，不太适合制作高分子亲水表面，因此，这种制作方式存在一定的局限性。它在为我们研究提供便利的同时也存在一些局限，不利于广泛的应用。
2、电化学方法
电化学方法主要就是根据电化学沉积，电化学聚合等方式，对表面进行一定的处理，进而得到粗糙的结构，最终制成超亲水表面。这种制备方法不需要光照就能获取高质量的亲水表面，方法简便，但是获得的亲水表面只能维持较短的时间，再加上对于仪器的要求相对较高，以及技术层面的要求，所以，这种方式也不利于进行超亲水表面的制备。此外，还有一些方法如静电纺丝法、氧化还原法、水热法、等离子体技术、相分离法、气相沉积法、层层自主装法、模板法等方式，针对不同的应用途径可以采用相应的超亲水表面的制备方法。可以先通过实验，对这些方式有一个全面的认识，并不断的进行探究，积极寻求更多的方式制备超亲水表面，以便我们在日常生活中使用超亲水表面。
二、特殊浸润性表面
特殊浸润性是超亲水表面的特征，大致有三个不同的表面构成。分别是超亲水/超疏水可逆转变表面、超亲水/超疏水图案化表面和超亲水/超疏水梯度渐变表面。针对这三个特征，把握好不同的浸润表面之间存在的差别，在实际的应用过程中，可以有很大的帮助。
1、超疏水可逆转变表面
水滴在超亲水/超疏水可逆转变表面上呈现两种完全相反的状态。当表面为超疏水时水滴呈球形，而为超亲水时水滴迅速铺展成液膜。它们之间是可以通过一定的方式进行转变的，因为化学式的不同，在逆转的过程中可以通过施加外部的刺激，以及通过化学方式进行反离子交换，对粗糙表面进行改进，在高清的仪器下进行观察，可以看到它们的分子式会有相应的改变，这就是我们所说的超亲水/超疏水可逆转变表面。
2、超疏水图案化表面
在一定环境下，不同的浸润性条件下，表面的分子相对还是比较固定的，不会是一直处于变化和发展的过程，只有受到一定的外力或者环境的改变时，超亲水/超疏水图案化表面才会发生相应的变化。在对超亲水/超疏水图案化表面的制备过程中，人们渐渐地掌握了相关的资料，在实现超亲水/超疏水图案化表面的转换上也有了相应的技术。一般而言，通过光掩模的方式可以实现对超疏水图案化表面的获取。
3、超疏水梯度渐变表面
超亲水/超疏水梯度渐变表面目前有很多潜在的特征以利于人们的应用。如对液体的铺展、迁移等方面，这些都是通过超疏水梯度渐变的方式对粗糙表面进行改变而形成的渐变浸润性表面。此外，还有其他方式可以得到超疏水梯度渐变表面，如对超疏水表面的疏水物质进行一定的处理，去除掉这些疏水物质之后，就很容易得到超疏水梯度渐变表面。
三、超亲水表面的应用
超亲水表面的防雾原理主要是指通过利用超亲水表面，可以使水进行瞬间的铺展，然后蒸发，这种方式对于在一定程度上防止水滴的粘结有很大的帮助，因此具有防雾的作用，虽然没有被广泛的使用，但是其原理已经渐渐被人们熟知，并且在一步步的进行探索中。
由于水能通过自身的特点，渗透到污染物和TiO2表面分子级别的空隙里，经过雨水的冲刷，生活活动中出现的一些灰尘就能被及时的冲刷干净。这一方面，超亲水TiO2涂层一经发掘，就开始通过技术研究，应用到生产和生活中去。在车窗的后视镜、玻璃等方面得到了长远的应用。除此之外，在牙镜上的广泛利用也是商业化对超亲水表面的应用结果。对于新事物的认识了解并不断的应用到生活中需要一个过程，因此，通过不断的努力探索获得的结果对于方便人们的生活，增强生活质量有很重要的作用。
结语
近年来，人们逐渐发现了超亲水表面的应用前景，并不断的进行研究和探索。本文就是对其进行的一种探索方式，使人们对超亲水有一个更全面的认识。因为配置方法及材料等方面的限制因素很多，超亲水表面在实际生活应用中还有很多问题需要解决，超亲水表面的潜能亟待着人们去发掘。
参考文献
[1] 斯芳芳，张靓，赵宁，等.超亲水表面制备方法及其应用[J].化学进展， 2011， 23（9）：1831-1840.
[2] 杨卧龙，纪献兵，徐进良.从自然到仿生到实际应用的超亲水表面[J].化学进展，2016（6）：763-772.
[3] 郑建勇，鐘明强，冯杰.基于超亲水原理的自清洁表面研究进展及产业化状况[J].材料导报，2009，23（s1）：42-44.
[4] 张琳，刘光明，曾志翔，等.超亲水性纳米SiO2薄膜表面的制备及其防雾性能[C]//汽车摩托车摩擦学材料先进技术与应用推进会.2015.
[关键词]超亲水；超疏水；制备；应用
中图分类号：F455 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0032-01
前言
固体表面通常情况下具有一个显著的特征——表面浸润性，通常以接触角来表征液体对固体的浸润程度。接触角是指固、液、气三相接触达到平衡时，三相接触周边的任一点上，液气界面切线与固体表面间形成的并包含液体的夹角。当和固体表面的接触角大于90°时，这种情况通常会称为疏水表面；与之相对应的就是当和固体接触角小于90°的时候，被称为亲水表面。超亲水表面是指与水的接触角<5°的表面，其性能优异、应用广泛。超亲水表面相对的透明度较高，防雾而且能够比较快的干燥。同时，热传递也是超亲水的发展方向。
对于超亲水表面的制备有两个方面，一是光引发超亲水，如、ZnO、、、受紫外线的照射，由超疏水变成超亲水，二就是通过接触角的运算，由表面粗糙度进行一定的投影效果，使粗糙程度对此产生影响，并随着粗糙度的增加，变的更加亲水。单独一方面或者两者合二为一，都可以用来制备超亲水表面。
在日常生活中存在很多的超亲水表面，特别是一些植物上，例如热带植物的叶子表面，因为长时间的净化，加上表面结构和生物的浸润效果，可以产生亲水表面，通过对其进行研究，有利于制备超亲水表面（图1）。
一、超亲水表面的制备方法
1、溶胶凝脂法
溶胶凝脂法的操作过程相对简便，一般在低温的条件下进行，也是目前无机涂层最常用的一种方法。对水解和缩聚的前驱体进行一定方式的改变，获取相应的表面化学组成的薄膜。在实验探究的过程中发现，对于锐钛矿溶胶制成的TiO2，通过进行紫外线的加入并进行光辐照，进而可以得到超亲水表面。在黑暗的环境下，这种方法制备的超亲水表面可以保持相对较长的时间。不过它会随着时间的推移，逐渐变成疏水表面。这种制作超亲水表面的方式因为在制作过程中需要紫外线的照射，不太适合制作高分子亲水表面，因此，这种制作方式存在一定的局限性。它在为我们研究提供便利的同时也存在一些局限，不利于广泛的应用。
2、电化学方法
电化学方法主要就是根据电化学沉积，电化学聚合等方式，对表面进行一定的处理，进而得到粗糙的结构，最终制成超亲水表面。这种制备方法不需要光照就能获取高质量的亲水表面，方法简便，但是获得的亲水表面只能维持较短的时间，再加上对于仪器的要求相对较高，以及技术层面的要求，所以，这种方式也不利于进行超亲水表面的制备。此外，还有一些方法如静电纺丝法、氧化还原法、水热法、等离子体技术、相分离法、气相沉积法、层层自主装法、模板法等方式，针对不同的应用途径可以采用相应的超亲水表面的制备方法。可以先通过实验，对这些方式有一个全面的认识，并不断的进行探究，积极寻求更多的方式制备超亲水表面，以便我们在日常生活中使用超亲水表面。
二、特殊浸润性表面
特殊浸润性是超亲水表面的特征，大致有三个不同的表面构成。分别是超亲水/超疏水可逆转变表面、超亲水/超疏水图案化表面和超亲水/超疏水梯度渐变表面。针对这三个特征，把握好不同的浸润表面之间存在的差别，在实际的应用过程中，可以有很大的帮助。
1、超疏水可逆转变表面
水滴在超亲水/超疏水可逆转变表面上呈现两种完全相反的状态。当表面为超疏水时水滴呈球形，而为超亲水时水滴迅速铺展成液膜。它们之间是可以通过一定的方式进行转变的，因为化学式的不同，在逆转的过程中可以通过施加外部的刺激，以及通过化学方式进行反离子交换，对粗糙表面进行改进，在高清的仪器下进行观察，可以看到它们的分子式会有相应的改变，这就是我们所说的超亲水/超疏水可逆转变表面。
2、超疏水图案化表面
在一定环境下，不同的浸润性条件下，表面的分子相对还是比较固定的，不会是一直处于变化和发展的过程，只有受到一定的外力或者环境的改变时，超亲水/超疏水图案化表面才会发生相应的变化。在对超亲水/超疏水图案化表面的制备过程中，人们渐渐地掌握了相关的资料，在实现超亲水/超疏水图案化表面的转换上也有了相应的技术。一般而言，通过光掩模的方式可以实现对超疏水图案化表面的获取。
3、超疏水梯度渐变表面
超亲水/超疏水梯度渐变表面目前有很多潜在的特征以利于人们的应用。如对液体的铺展、迁移等方面，这些都是通过超疏水梯度渐变的方式对粗糙表面进行改变而形成的渐变浸润性表面。此外，还有其他方式可以得到超疏水梯度渐变表面，如对超疏水表面的疏水物质进行一定的处理，去除掉这些疏水物质之后，就很容易得到超疏水梯度渐变表面。
三、超亲水表面的应用
超亲水表面的防雾原理主要是指通过利用超亲水表面，可以使水进行瞬间的铺展，然后蒸发，这种方式对于在一定程度上防止水滴的粘结有很大的帮助，因此具有防雾的作用，虽然没有被广泛的使用，但是其原理已经渐渐被人们熟知，并且在一步步的进行探索中。
由于水能通过自身的特点，渗透到污染物和TiO2表面分子级别的空隙里，经过雨水的冲刷，生活活动中出现的一些灰尘就能被及时的冲刷干净。这一方面，超亲水TiO2涂层一经发掘，就开始通过技术研究，应用到生产和生活中去。在车窗的后视镜、玻璃等方面得到了长远的应用。除此之外，在牙镜上的广泛利用也是商业化对超亲水表面的应用结果。对于新事物的认识了解并不断的应用到生活中需要一个过程，因此，通过不断的努力探索获得的结果对于方便人们的生活，增强生活质量有很重要的作用。
结语
近年来，人们逐渐发现了超亲水表面的应用前景，并不断的进行研究和探索。本文就是对其进行的一种探索方式，使人们对超亲水有一个更全面的认识。因为配置方法及材料等方面的限制因素很多，超亲水表面在实际生活应用中还有很多问题需要解决，超亲水表面的潜能亟待着人们去发掘。
参考文献
[1] 斯芳芳，张靓，赵宁，等.超亲水表面制备方法及其应用[J].化学进展， 2011， 23（9）：1831-1840.
[2] 杨卧龙，纪献兵，徐进良.从自然到仿生到实际应用的超亲水表面[J].化学进展，2016（6）：763-772.
[3] 郑建勇，鐘明强，冯杰.基于超亲水原理的自清洁表面研究进展及产业化状况[J].材料导报，2009，23（s1）：42-44.
[4] 张琳，刘光明，曾志翔，等.超亲水性纳米SiO2薄膜表面的制备及其防雾性能[C]//汽车摩托车摩擦学材料先进技术与应用推进会.2015.