论文部分内容阅读
本论文从多个角度并利用多种手段对水黾腿的超疏水特性进行了表征,揭示了水黾腿表面微结构的特点和结构功能关系,并进而设计和制备了一系列具有动态稳定性的超疏水表面:
1.受水黾腿的超疏水性和特殊的表面微结构的启发,我们设计了一种表面具有纳米沟槽的纳米锥阵列的结构模型,并且成功在铜片上制备了氢氧化铜纳米锥阵列的超疏水表面。进一步的,我们使用了水滴挤压结合接触角测量和力学原位监测的方法,去考察和验证该表面的超疏水稳定性。实验结果表明,在静水压的作用下,该表面表现出了极低的接触角滞后。水滴在该表面表现出了受压铺展-接触角降低和撤压回复-接触角升高的可逆过程,这一行为和传统的超疏水表面的表现是完全不同的。分析计算表明在挤压该表面在受压状态下要发生一个刺穿的Cassie的状态。这种纳米锥侧壁所独有的纳米沟槽结构,当液体刺入表面微结构时,不仅可以强有力的支持环绕在纳米锥周围的气液界面,而且提供一种可靠的接触线,可以使变形的界面在压力撤去时轻易的回复。
2.我们通过动态氢气泡模板法成功的在铜片和铜丝上制备了一种具有分级结构的多孔表面,即微米级的大孔表面又具有纳米结构的孔隙。通过表面修饰烷基硫醇后,制备得到的铜片和铜丝表面都实现了超疏水并具有良好的静态稳定性。受水黾腿动态打水过程的启发,我们设计了一个原创的动态打水实验来表征所制备表面的超疏水动态稳定性。通过这个实验我们证明,制备的超疏水表面具有优异的超疏水动态稳定性,同时这也反过来证明了我们这一表征手段的可行性和正确性。
3.我们采用多种手段对水黾腿的超疏水稳定性和低粘附特性进行了表征。实验结果表明不论是在准静态还是再动态条件下,水黾腿都呈现出了稳定的超疏水性和低粘附特性。特别的,水黾腿动态打水的过程更是一个脱粘附的过程。而在同样条件下,这一特性无论是光滑疏水铜丝还是超疏水铜丝在都无法实现。水下AFM结果揭示了水黾腿在水面接触时,单根刚毛纳米沟槽里的纳米气层和刚毛周围微米气层的存在,并且它们在刚毛边缘相连通。并且在连续扫描的过程中纳米气层也体现出一定的流动特性。由于纳米沟槽在刚毛上独特的螺旋取向,这种连通、开放的界面状态可能在一定程度上保证了沟槽内气/液界面的稳定性。由于这种纳米气层的存在,水直接和沟槽的棱边接触形成沿刚毛径向的微观TCL。同时由于刚毛自身在水黾腿上的取向性,故而形成了一种独特的双重取向的固液接触特性。这种独特的固液接触使水黾腿在划水过程中容易脱离水面的粘附。