文 献 综 述

一、本课题的研究意义

超疏水性固体表面是指对水的接触角在150#176;以上，滑动角＜10#176;的固体表面^[1]。水在这样的固体表面上能够自动凝聚成水滴，并能够在固体表面滚动。这类固体在很多领域具有潜在的应用价值。如水滴在固体表面滚动能够带走附着在表面的灰尘等污染物，从而使表面具有自洁性；同时低的表面自由能能够减少污染物在表面的附着，减少清洗的次数。将这种透明的涂层用于玻璃可以制备成自洁性玻璃，可以作为汽车、飞机、航天器等的挡风玻璃，不仅可以减少空气中灰尘等污染物的污染，还能够使其在高湿度环境或雨天保持干燥（雨水在玻璃表面迅速凝聚成水滴，并很快滚落，带走玻璃表面的污物，使玻璃表面保持清洁。）另外，这种自洁性涂层由于具有较低的表面自由能，能够阻止或减少水汽、冰以及其它污染物在固体表面的附着，在航空、航天等领域也具有重要的应用前景^[2]。因此，研究和开发具有这种特殊表面浸润性的材料对加深表面现象认识、扩展材料应用范围及提高材料应用性能有着重要的意义。

目前为止，制备超疏水膜方法有很多，但是获得广泛应用的却很少，原因有以下几点：（1）制备成本问题：现有的超疏水表面制备技术或者需要特殊的材料，大部分方法都还停留在实验室阶段，不适合用于大面积制备以适应工业需求。（2）耐久性问题：超疏水表面具有精细的粗糙结构，容易受加工和使用过程中的冲击、摩擦等机械作用而受到损坏。（3）不透明：在很多场合中，一般都要求超疏水表面具有透明性，例如车窗玻璃、建筑外墙上的超疏水涂层等，透光性俨然已成为其非常重要的参数之一。为成功制备出透明涂层，粗糙度必须尽量小，这样才能减少光的散射，从而达到膜的透明。但是膜的超疏水性又必须要求其表面达到一定的粗糙度，这是一个矛盾。只有在疏水性和透明度之间寻找到一个合适的平衡点，才能构建满足人们所需的透明超疏水涂层。本文的主要目的就是制备出简单易行，耐久性好的超疏水透明膜，以适应实际应用。

二、相关课题在国内外的研究进展

近年来，植物叶子表面的超疏水性和自清洁效果引起了人们的很大兴趣。Barthlott和Neinhuis^{[3, 4]}通过观察植物叶表面的微观结构，认为这种自清洁的特征是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物的存在共同引起的。中科院研究员江雷在这一研究的基础上还发现”在荷叶表面微米结构的乳突相结合的双微观结构是引起表面防污自洁的根本原因”^[5]。这些发现为超疏水涂膜的发展提出了一条可行的新思路。由于超疏水性材料具有许多独特的表面性能，如防雾^[6]、防结霜^[7]、防腐蚀^[8]等，在很多领域具有潜在的应用价值。

国际上对超疏水性涂层的研究始于上世纪50年代，到上世纪90年代末，随着表面科学技术的发展尤其是表面研究技术手段的提高，人们对超疏水性涂层的研究倾注了更大的关注，其诱人的潜在的应用前景更激起人们更大的研究兴趣。倾注了更大的精力和人力，大大促进了该领域研究的发展，基础理论研究和应用研究都取得了巨大的成就。

目前在国内外，超疏水性表面主要可以通过两种途径来制备:一种是在疏水材料表面改变材料表面的粗糙度和表面形态：另一种是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能的物质^[9]。其中,制备合适微米纳米级粗糙结构的方法是相关研究的关键。从制备方法来说,主要有蒸汽诱导相分离法、模板印刷法、电纺法、溶胶#8212;凝胶法、模板挤压法、激光和等离子体刻蚀法、拉伸法、腐蚀法以及其他方法^[10]。

超疏水表面具有广泛的应用前景,近年来已成为材料研究的热点,已经开发了众多不同的制备原料和工艺方法：通过模型分析,对于表面微观结构与接触角、滞后、浸润状态之间的关系也有了更深入的认识,为制备具有特殊表面浸润性材料提供了一定的理论指导^[11]。但是超疏水表面的实际应用还未能普及,许多问题还亟待解决。首先,简单经济、环境友好的制备方法有待开发。现有报道的大多数超疏水表面的制备过程中均涉及到用较昂贵的低表面能物质,如含氟或硅烷的化合物来降低表面的表面能,而且许多方法涉及到特定的设备、苛刻的条件和较长的周期,难以用于大面积超疏水表面的制备。其次,从实际应用角度考虑,现有的超疏水表面的强度和持久性差,使得这种表面在许多场合的应用受到限制^[12,13]。表面的微结构也因机械强度差而易被外力破坏,导致超疏水性的丧失；另外在一些场合或长期使用中表面也可能被油性物质污染,使得疏水性变差。开发具有耐久性好，简单易行，透明的超疏水薄膜可能是解决实际应用问题的最佳方案。此外,从理论分析角度考虑,对于表面微结构的几何形貌、尺寸与表面浸润性,尤其是与滞后直接联系的定量研究还有待深入^[14]。最后,超疏水表面的应用领域还有待拓展,尤其是在生物领域中。在超疏水表面上具有生物活性物质如细胞、蛋白等的生长、与表面间的相互作用等都将是值得研究的内容^[15]。