超疏水/超疏油表面制備方法研究進(jìn)展

白雪花　房巖　孫剛　彭小喚

摘要：超疏水/超疏油表面在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中發(fā)揮重要作用，具有潛在的應(yīng)用前景。本文對超疏水/超疏油表面的制備方法進(jìn)行了分析、比較和綜述，以期為超疏水/超疏油表面的深入研究提供參考。

關(guān)鍵詞：超疏水表面；超疏油表面；制備；應(yīng)用

中圖分類號：Q967；TB17 [學(xué)科代碼] 180·1460 文獻(xiàn)識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）018-000-02

Abstract：Superhydrophobic and superoleophobic surfaces play an important role in industry， agriculture， and daily life， and have potential application prospective. In this paper， the fabrication methods of superhydrophobic and superoleophobic surfaces were analyzed， compared and reviewed， so as to provide support for deeper research on superhydrophobic and superoleophobic surfaces.

Keywords：superhydrophobic surface； superoleophobic surface； fabrication； application.

一、前言

近幾年，隨著超疏水表面研究的不斷深入，超疏油表面的研究也開始吸引了諸多學(xué)者。超疏水/超疏油表面在催化、防水、生物醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。用于石油管道，能夠有效降低石油和管道的摩擦力；用于微型水上交通工具，能夠增強(qiáng)交通工具在油污污染水域的負(fù)載能力。超疏油表面還可以用于制作拒油家具布、防護(hù)服等。超疏水/超疏油表面材料在我們生活中的應(yīng)用正在不斷拓展，應(yīng)用前景廣闊。

二、超疏水表面制備方法研究進(jìn)展

1.氣相沉積法

氣相沉積法主要是將疏水性物質(zhì)通過一定的方法在基材表面形成一種膜。其中制作方法主要包括物理沉積和化學(xué)沉積。LAU等研究化學(xué)沉積，使碳納米管表面形成一種四氟乙烯膜，這種膜具有了自清潔性能。BALU等研究了等離子體強(qiáng)化化學(xué)沉積法，也得到了超疏水薄膜，且具有可降解、可再生使用等功能。

2.模板法

模板法主要是通過對具有空穴結(jié)構(gòu)的模板進(jìn)行鑄膜液的覆蓋，并在一定的方法下形成所需要膜的方法。研究學(xué)者較多，其中JIANG通過紅玫瑰花瓣作為模板，用10%的聚乙烯醇水溶液進(jìn)行復(fù)制，得到了凹模板，再重復(fù)上述方法得到聚苯乙烯凸模板，是這種模板膜具有了超疏水功能。

3.電紡法

電紡法研究中，YOON通過對靜電紡絲法的改進(jìn)，得到了納米纖維合成的類似金字塔形狀的超疏水表面，具有了超疏水性能。PISUCHEPEN等通過對電紡纖維進(jìn)行低表面處理，增強(qiáng)了超疏水性能。

除上述制備方法外，還有刻蝕法、溶膠-凝膠法、相分離法等。

三、超疏油表面制備方法研究進(jìn)展

超疏油表面是在超疏水表面進(jìn)一步提高疏液性而形成的，因此常用于制作超疏水的方法在制作超疏油表面也具有可行性。超疏油表面制備通過需要有“氟基團(tuán)”的存在，原因在于油的表面能低于水，為了維持這一現(xiàn)狀，需要引入氟基團(tuán)，方法有兩種，一是直接將含氟物質(zhì)在材料表面形成微觀結(jié)構(gòu)，二是在形成微觀結(jié)構(gòu)的表面材料上加入含氟物質(zhì)，形成組裝層。

1.沉積法

沉積法是指通過物理或化學(xué)方法，將一種或者幾種材料沉積在基地，形成一種膜層的方式。目前，沉積法研究的學(xué)者比較多，其中DENG創(chuàng)造了制備耐磨透明超疏油表面的方法。他把超疏油、耐磨性和透明性全部集中在一種表面材料上，然后把玻片放在蠟燭上進(jìn)行烘烤，待玻片表面形成未完全燃耗的煙灰納米顆粒后，使用化學(xué)氣相沉積方法，使其表面形成二氧化硅，并繼續(xù)通過加熱使二氧化硅中的碳顆粒去除掉，最后使用全氟硅烷對該表面進(jìn)行修飾。在這一過程后，形成的材料表面就具有了超疏油性能。KIM主要運用了電化學(xué)刻蝕和多壁二氧化鈦管兩種材料復(fù)合在鈦的表面，形成微納米結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使得表面的疏油性能有了很大提升。ZHU主要是通過在堿性環(huán)境下氧化銅片，使其表面形成微米級花束狀和納米級棒狀結(jié)構(gòu)，然后利用氟對蓋表面進(jìn)行氟化，形成了超疏油表面。此外，ZHANG、YUAN等學(xué)者通過物理的方法也形成了超疏油表面。

2.噴涂法

噴涂法是超疏油表面制作的常用方法。這種方法簡便易操作，而且制作的面積相對比較大。DAS等主要是通過將氟化丙烯酸酯聚合物包裹在碳納米管表面，然后將含有納米管的懸浮液噴涂在砂紙表面，從而形成納米級粗糙度，使之具有微納米負(fù)荷結(jié)構(gòu)，形成超疏油表面。YANG等主要是通過將醋酮酸和全氟辛酸進(jìn)行反映，制作全服辛烷銅，然后使其分散在乙醇中，再利用噴槍進(jìn)行噴涂，進(jìn)而得到超疏油涂層。這種操作方法能夠形成固、液、氣三者相接觸的面，且噴涂方法具有較好的適用性，在其他的銅、鐵等表面也能夠得到超疏油涂層。XIONG等主要是利用連續(xù)陰離子合成了新型氟嵌段聚合物，然后將其溶膠涂在二氧化硅球的表面，形成單分子層，再將其涂在硅片表面，使硅片不僅具有了良好的超疏油性能，而且還具有耐堿性。

3.刻蝕法

刻蝕法通俗講即是增加表面粗糙度的方法。目前經(jīng)常采用的方法有等離子刻蝕、酸堿刻蝕等。利用刻蝕法得到超疏油表面的研究也比較多，其中早在1997年TSUJI就利用了刻蝕法得到了超疏油表面；AULIN等主要是通過等離子刻蝕的方法在硅片的表面形成了具有納米級的柱狀、線狀微孔結(jié)構(gòu)，再利用化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行表面修飾，從而得到超疏油表面；LIU通過使PVDF等離子處理后，得到了超疏油表面；RAMOS等利用刻蝕方法使親油表面形成了粗糙度，從而形成了超疏油表面。主要過程是將一層400nm的二氧化硅涂在硅片上，再使用濺射離子使表面出現(xiàn)小洞，然后利用氫氟酸擴(kuò)大小洞，然后利用全氟硅烷進(jìn)行修飾。對比沒有經(jīng)過刻蝕處理的表面，其表面的各種液體接觸角大大提高；ZHAO等利用光刻蝕以及BOSCH刻蝕的方法增加了硅片表面的粗糙程度，并且形成了具有超疏油表面的特性。

4.模板法

模板法主要是通過表面形成微觀結(jié)構(gòu)的方法。學(xué)者IM利用三位擴(kuò)散技術(shù)和兩步PDMS復(fù)制技術(shù)，制備出了具有高度規(guī)整性的結(jié)構(gòu)表面，經(jīng)過氟修飾后，甲醇在其表面的接觸角度達(dá)到了135，具有了超疏油表面。

5.電化學(xué)聚合法

電化學(xué)聚合物法主要是應(yīng)用在合成含高氟的聚合物。原因在于油的表面能低于水，因此制作出的超疏油表面都含有了氟，因此研究人員想利用制作含氟的聚合物來實現(xiàn)超疏油表面，因此電化學(xué)聚合法得到了高度重視。學(xué)者DARMANIN等利用電化學(xué)聚合法制作得出了全氟化和非氟化的衍生物，并且比較了兩者的潤濕性，研究發(fā)現(xiàn)沒有氟化的聚合物油的接觸角度始終為0，而氟化后的聚合物接觸角度隨碳鏈增加而增大，這表明氟化的聚合物具有了超疏油表面。

四、結(jié)語

超疏油表面對人們的日常生活具有一定的應(yīng)用價值，但是超疏油材料的研究目前仍存一定問題，如超疏油表面離不開氟化物的修飾，超疏油表面材料性能需要進(jìn)一步提高，超疏油制備方法尚不能滿足工業(yè)化的需要，超疏油材料的耐磨性和通透性仍然需要進(jìn)一步提升等等。另外，上述研究的制備方法主要是在空氣中進(jìn)行的，而超疏油的制備還可以在水下進(jìn)行，原因在于大部分油和水并不相容，兩者在水下同樣能夠測試潤濕的性能。由于水、空氣的介質(zhì)不同，使得材料表現(xiàn)出不同的潤濕性能。研究人員發(fā)現(xiàn)，鳥的羽毛具有很好的疏水性能，但是卻不能避免被海洋石油污染，魚的魚鱗卻能夠抵御石油污染，而魚鱗在空氣中具有超親水親油的性能。因此，研究水下超疏油表面具有重要的現(xiàn)實意義。

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作者簡介：白雪花（1982-），女，吉林長春，碩士研究生，研究方向：生物學(xué)。

通訊作者：孫 剛（1969-），男，遼寧大連人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：生物學(xué)和生態(tài)學(xué)。