超疏水親油性材料研究的進(jìn)展

韋映 楊娟 向晴 羅正龍 孫初鋒（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730030）

超疏水親油性材料研究的進(jìn)展

韋映 楊娟 向晴 羅正龍 孫初鋒（西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730030）

本文主要對近年來國內(nèi)外超疏水親油性材料性能的研究，以及超疏水納米材料的改進(jìn)和其應(yīng)用進(jìn)行綜述；并分析比較目前各種超疏水性材料的制備方法。

超疏水表面；研究方向；制備方法；分析

固體物質(zhì)表面具有浸潤性能，這種性能是由物質(zhì)表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)決定的。目前對固體物質(zhì)表面具有特殊浸潤性能材料的研究層出不窮，如何調(diào)控固體材料表面結(jié)構(gòu)使其具有特殊浸潤性，特別是使材料具有超疏水性能的研究備受科學(xué)家們關(guān)注。所謂超疏水性是指物質(zhì)表面與水的接觸角大于150O，而與油類液體接觸角非常小。可是因?yàn)橛蜖钜后w擁有很低的表面張力，超疏水性材料的表面對于油狀物的低表面很難保持較高的疏水性，故很難達(dá)到要求的效果。由于這一特性致使超疏水材料在應(yīng)用中受到很大的阻礙，故對超疏水性表面的研究已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)［1］。

目前關(guān)于疏水表面的研究方向以下四種：一是利用無機(jī)物或者在其他物質(zhì)表面制備出具有超疏水性能表面物質(zhì)。如利用特殊的改性技術(shù)改性織物或固體表面，制備出疏水性物質(zhì)；二是研究利用自然界中具有超疏水表面的植物和動物，利用其天然進(jìn)化而成的超疏水表面結(jié)構(gòu)開發(fā)具有超疏水性的新型材料。如高雪峰［2］等人對包括荷葉、蟬翼、水稻葉、水黽腿的研究，成功制得了超疏水性能材料，該材料具有較高的自清潔表面能力，擁有滾動各向異性表面、高黏附性超疏水表面等特殊性能；三是利用高分子材料制備出具有超疏水性的材料表面，如陳興隆［3］等人利用表面親油納米二氧化硅改變巖石表面潤濕性的研究。四是相關(guān)方面的理論研究，主要是利用構(gòu)建模型等手段，來研究探討表面結(jié)構(gòu)狀況和接觸角或者滾動角之間的關(guān)系。

1.制備方法

超疏水親油表面是一種特殊的固體，這種現(xiàn)象也比較特殊。理論上有以下兩種制備途徑：一種是利用化學(xué)手段，在粗糙的物質(zhì)的表面進(jìn)行相關(guān)修飾，用以改變物質(zhì)的疏水性能，達(dá)到使物質(zhì)表面具有超疏水性的目的；另一種是在疏水表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)。目前有較多成熟的制備超疏水技術(shù)，如超疏水仿生材料法、化學(xué)物質(zhì)修飾法、液相法等，在此對這幾種的方法加以簡單的評述。

1.1 超疏水仿生材料

該方法是利用自然界中具有超疏水表面的植物或動物得出靈感而制備出超疏水性表面膜，最成功的是根據(jù)荷葉的天然自潔能力得出的靈感，Jiang［4］等人利用聚苯乙烯為原料，再添加一定量的溶劑之后，制備出與荷葉具有相似功能的疏水性材料。科學(xué)家還通過對蟬、水黽、水稻葉子等天然對疏水動植物進(jìn)行研究，期望通過探索天然超疏水生物表面的奧秘用以制備出人工仿生的超疏水表面，該方法需要對生物進(jìn)行透徹研究，需要了解物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)，化學(xué)結(jié)構(gòu)，將宏觀物質(zhì)微觀化，且建立明確的體系與數(shù)學(xué)模型，故給該方面的研究增加很大難度，但是由于前面研究的發(fā)現(xiàn)，該方法又具有很大的研究價(jià)值和意義。

1.2 化學(xué)物質(zhì)修飾法

該方法是利用低表面能物質(zhì)（如十二烷基硫醇、全硅氟烷）等物質(zhì)對固體表面進(jìn)行修飾，使其具有超疏水性能。如張亞南［5］等人利用簡單的熱解法，制備出具有納米結(jié)構(gòu)的大面積碳膜，然后再在膜表面利用氟硅烷進(jìn)行表面修飾，制備出了大面積的超疏水納米材料。這種化學(xué)修飾法操作簡單可行，反應(yīng)條件要求不高，設(shè)備簡單常見，而且制備出的材料可以重復(fù)使用，成本較低，故易于投入規(guī)模生產(chǎn)，有利于工業(yè)化。

1.3 液相法

該法是利用溶液膠-凝膠法制備薄膜時(shí)，利用熱處理、沸水處理、脂肪酸修飾等方法制備出具有超疏水性能的薄膜。該方法不僅能夠使物質(zhì)表面具有超疏水性，而且在一定條件下，如在真空紫外光照和暗室保存的循環(huán)作用下，可以使物質(zhì)表面在超疏水/超親水性能間的相互逆轉(zhuǎn)變等效果。該方法不僅能改變膜的疏水性能，而且能通過利用不同的反應(yīng)條件，能對納米膜表面的形貌、軸方向、結(jié)構(gòu)進(jìn)行不一樣的改性，這種方法有望在微流體器件上進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。

2.結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，超疏水材料在各個領(lǐng)域具有廣泛的影響，逐漸深入人們的生活。然而，這些材料目前還面臨著很多困難，如技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)成本過高等缺陷，使得技術(shù)難以投入生產(chǎn)，無法達(dá)到規(guī)模化。因此對超疏水親油等新型材料進(jìn)行更進(jìn)一步深化研究改良也就具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］盧晟，李梅.超疏油表面研究進(jìn)展［J］.上海：材料導(dǎo)報(bào)，2013，27（6）：13.

［2］高雪峰，江雷.大面積超疏水性納米結(jié)構(gòu)碳膜的制備與表征［J］.物理，2006，35（7）：559-564.

［3］陳興隆，秦積舜，李治平.表面親油納米二氧化硅改變巖石表面潤濕性的研究［J］.油田化學(xué)，2005，22（4）.

馮琳.超疏水天然材料［D］.北京：中國科學(xué)院物理研究所. 2005.

［4］Nakajima A.，F(xiàn)ujishima A.，Hashimoto K.，et al..Adv.Mater.［J］，1999，11：1365-1368.

［5］張亞南，夏帆，王女，等.大面積超疏水性納米結(jié)構(gòu)碳膜的制備與表征［J］.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28：568-570.

項(xiàng)目來源：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：201410742001。

韋映（1992-），女，現(xiàn)就讀于西北民族大學(xué)化工學(xué)院。