1. 研究目的与意义（文献综述）

近20年来，材料表面的抗液性已经引起了研究者们广泛的关注，因其在应用方面具有非常大的潜力和广阔的市场，越来越多的研究者们将目光投向超疏液材料（超疏水，超疏油和超双疏等）的应用研究。超疏水的定义为材料表面对水的静态接触角为150°以上，滚动角为10°以下。固体材料的表面化学成分和形貌（微纳结构，粗糙度等）决定了其被某种液体浸润的情况。要实现材料表面的超疏水，必须满足两个必要条件：（1）在材料表面构建出具有一定粗糙度的微纳结构。（2）同时通过对材料进行表面处理，降低材料的表面能，从而增大接触角。这种思路来自于仿生，W. Barthlott^［1］等研究了荷、芋、甘蓝等叶的表面，其中水在荷叶、芋、甘蓝叶上的接触角分别为160.4°、159.7°和160.3°，他们的共同特征是叶子的表面有非常精细的微纳结构以及表面有低表面能的疏水蜡质层。

超疏水材料具有良好的自清洁功能，可用于飞机表面、外墙壁、太阳能电池、LED灯、衣服^[2]等表面的自清洁，以及用于电线、电缆、飞机表面的防结冰。赵坤^[3]等用棕榈酸修饰铝合金微纳结构表面，制备了具有防结冰结霜性能的超疏表面。Zhou等^[4]利用含氟聚合物、氟代硅烷和二氧化硅纳米颗粒，在两步浸涂法基础上制备了具有自修复能力的超双疏织物。A.Milionis等人^[5]在铝片上喷了一层5μm厚的纳米二氧化硅，并对铝片进行了，喷口与基板距离15cm，空气压力200Kpa，一步得到了不透明的超疏水膜。Lu等人^[6]用两种不同尺寸的二氧化钛纳米粒子，平均粒径21nm左右的P25和60-200nm的TiO₂与三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷制备成乙醇悬浊液，可以喷涂，浸涂，旋涂在玻璃上，金属片上，棉织品上，使得这些材料在空气或油中都有很强自洁净能力，以及保持超疏水特性。Li等人^[7]用1g富含羟基的碳纳米管分散在100ml的酒精溶剂中，再加入5ml浓氨水，磁力搅拌，然后加入27.5ml的TEOS和酒精混合液（体积比为1:10），搅拌12h后得到碳纳米管和纳米二氧化钛可喷涂混合液，最后得到双超疏材料。

超疏水材料的制备方法有很多，主要思路是在材料表面构建微纳结构，并对表面进行低表面能处理。在材料表面构建微纳结构是制备超双疏材料的关键。一般可分为自上而下以及自下而上的方法。如表1所示。

制备方法	制备步骤	常用材料	优势与不足
溶胶－凝胶法[8-10]	前体混合；溶胶－凝胶过程，固化烧结；疏水化	硅烷，二氧化硅	较易获得粗糙结构；但凝胶中的微孔在干燥过程中会溢出气体产生收缩，使结构塌陷。
自组装法[11-12]	粒子表面处理；将纳米粒子浸涂／旋涂／喷涂在基板上；疏水化	二氧化硅／二氧化钛纳米颗粒，纳米金、银	简单、快速，可适用于多种基底；
相分离[13]	混合物溶液制备；旋涂／浸涂；紫外光／热固化；致孔剂移除；疏水化	致孔剂；惰性溶剂，或可溶性线性高分子	简单，可通过致孔剂控制尺寸；但表面粗糙尺寸较一致，难实现微纳二元尺寸的结合。
聚合反应法[14-18]	聚合物制备；旋涂／浸涂；疏水化	聚苯胺、聚苯乙烯	适用于多种基底，且与基底的结合力好；表面粗糙结构难以控制
电纺丝法[19]	制备聚合物均相溶液；进行静电纺丝	含氟丙烯酸酯等	可有效地控制微观结构；对周围环境要求高，要使用高压电力
电化学法[20-21]	导电物准备；调节电压等参数；疏水化处理	钛箔、铝或铝合金	快速；基底、材料的选择受限。
纳米压印技术[22]	构建所需微纳结构；疏水化	压印胶	简单、高效率、高分辨率；模板昂贵
刻蚀技术[23-24]	从次微米模板是复制或用光刻技术制备模板；疏水化	丙烯酸酯、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷	快速，模板可以再次使用；但该法复杂昂贵且可应用的材料和大小有限制。

表 1
在以上方法中，纳米压印技术，光刻等需要昂贵的设备，大规模制备成本很高，电化学方法对基体材料的选择有限制。而通过喷涂的方法制备超双疏材料，对基体材料几乎没有限制，而且设备简单，可以像油漆一样大面积喷涂，对实现产业化生产非常有利。然而，耐久性是限制超疏水涂层使用的一大障碍。本设计拟使用聚合物作为造孔剂和增强体，对超疏水膜的力学性能具有显著增强作用。骨架结构采用比较常用的二氧化硅，成本低且环保。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：通过有机聚合的方法制备糠醇的聚合物，将聚糠醇与二氧化硅纳米颗粒混合进行喷涂，再进行烧结，通过控制糠醇聚合的程度以及聚糠醇与二氧化硅的比例来实现对超疏水薄膜微纳结构的构建和粗糙度的控制。使用含氟物质对表面进行氟化处理，最终得到低表面能的超疏水薄膜。

目标：制备具有超疏水性能的高强度薄膜，同时要求较高的透明度。

技术方案及措施：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确实验原理及相关步骤。

第4-9周：制备涂层并进行性能优化，主要探究聚糠醇和反应条件及其与二氧化硅的最佳配比。

第10-13周：进行性能测试和表征，使用接触角测试仪测试所制备薄膜的接触角，使用sem拍摄薄膜表面微纳结构的形态，使用uv表征所得薄膜的透明度。

4. 参考文献（12篇以上）

［1］ barthlott,w. and c. neinhuis, purity of the sacred lotus, or escape from contamination inbiological surfaces. planta, 1997. 202(1): p. 1-8.

［2］ 周继根. 超双疏表面的制备及其润湿性研究[d].山东: 青岛理工大学,2010.