文 献 综 述

超疏水表面具有对流体低主力的特性，近年来，人工制备的超疏水表面由于在防污、防水、防腐蚀、流体减阻、油水分离、生物医用等领域有着广阔的应用前景，越来越受到人们的广泛关注^[1]。超疏水膜的基础理论研究始于20世纪50年代, 盛于90年代, 一般将与水接触角大于120#176;的膜就称为超疏水膜, 也有将大150#176;称为超疏水膜^[2]。硅基杂化材料是典型的高分子材料，以硅基杂化材料为构建材料，在其基底表面制备特殊的透明涂层，应用硅烷水解制备硅基杂化材料，并研究其微纳米结构及其性能。

超疏水的研究开始于一句诗句”出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，为什么荷花会出淤泥而不然呢，就在于荷花表面有一层超疏水材料，使得水流聚股留下，冲洗着淤泥。不只是荷花上有，昆虫的组上也有比如水蝇，蚊子都能在水上行走而不划破水面这就是因为其上面的超疏水材料^[3]。通过对自然界中具有超疏水和自清洁的植物叶子的观察和研究, 发现固体表面的润湿性由其化学组成和微观几何结构共同决定^[4] 。

1.超疏水薄膜透明性的研究

涂膜的粗糙度给膜层表面提供更好的疏水效果, 但同时又影响涂膜的透光性, 一方面疏水性由于表面粗糙度的增大而增强；另一方面透明性因粗糙度的增大而减弱。因此如何选择适宜的粗糙度，使物体表面同时满足疏水性和透明性的要求是现在研究所遇到的难题之一。Xiu等^[5]研究认为, 有两种方式影响粗糙表面对可见光的透过性, 一种是当表面的粗糙度大于入射光波长时, 会对可见光进行反射; 另外, 就是光散射的损失。Han 等^[6]研究认为, 多层涂膜会改变光的折射率, 而透明性也会由于光的散射而受到影响, 因此分散在涂膜中的微粒的尺寸应小于光波长的二十分之一。黄月文^[7]则认为, 为了保持涂膜对可见光的透明性, 表面粗糙度应控制在小于80 nm 或远大于80 nm 如几微米的范围, 这样可以大大避免光的散射。

2.制备超疏水表面的方法

（1）等离子处理法

利用等离子体对普通材料或含氟的低表面能物质进行表面粗糙化处理来制备超疏水表面的方法称为等离子体法。该技术处理表面是获得粗糙结构的有效方法，其优点是选择性高、快速等，但是成本高并且不利于制备大面积超疏水表面。

（2）刻蚀法

刻蚀就是指把基体放置在腐蚀性介质中制得粗糙结构表面的方法，它并不损伤基体。孙巧珍等^[8] 采用化学刻蚀的方法，把锌片浸入3.10 mol/L的硝酸溶液中40~55 s得到粗糙的表面结构，再将液体石蜡与二硫化碳按1:1的比例混合制成混合溶液，然后将刻蚀后的锌片浸入液体石蜡的混合溶液中进行修饰20 min，得到具有超疏水性能的表面。研究结果表明，经过刻蚀处理后的锌表面出现了两种结构，其一是具有树立的不规则排列的片状结构，形成了一个阶层，对超疏水性起到关键作用；其二是出现了具有不规则块状结构和更细小的乳突状结构相结合的双重粗糙度结构，而表面再经过液体石蜡修饰后，得到了超疏水性。

（3）溶胶-凝胶法

溶胶－凝胶法（sol-gel 法）是指用含有高化学活性组分的化合物作为前驱物，在酸或碱条件下进行水解产生活性的羟基，经过水解缩合反应形成溶胶，随着水解缩合反应的进行，溶胶的粘度进一步增加，最后形成凝胶，经过陈化、干燥成为干凝胶。Han采用溶胶－凝胶法，以超分子有机硅作为前驱体并在溶胶中添加聚二甲基硅氧烷，得到了接触角大于150#176;的超疏水二氧化硅膜；郭志光等^[9]利用溶胶-凝胶方法在硅片表面制备出分布均匀的具有双层结构的微纳米凸体，其上表层微凸体的平均直径为0.2 micro;m，下表层微凸体的平均直径为13 nm，再通过全氟辛基三氯甲基硅烷的自组装作用，在此基础上制备出了具有类荷叶表面结构的超疏水涂层。

（4）化学气相沉积法

化学气相沉积法主要利用氯硅烷水解缩聚，形成超疏水涂层，该方法具有成膜速度快、致密性高等优点，但所需成本昂贵，一般只用于特殊材料的制备^[10]。Takai 等使用微波等离子体增强化学气相沉积技术，以三甲基甲氧基硅烷为前驱体，在聚甲基丙烯酸甲酯塑料与玻璃的基体上制备接触角大于150#176;的超疏水膜；或以四甲基硅烷与氟烷基硅烷混合物作为前驱体，在玻璃上制得了接触角约为160#176;的超疏水膜。Teare等^[11]利用等离子体聚合技术，以全氟辛基丙烯酸酯作为前驱体，在玻璃基体上制备出一层粗糙的膜，膜表面与水的接触角约为168#176;，滚动角小于5#176;。Zimmermann^[12-13]研究小组通过氯硅烷(TCMS)水解缩聚在自制的反应器中制备出纳米丝状有机硅氧烷涂层，该涂层具有优异的超疏水特性，对酸、碱及有机溶剂展现出良好的稳定性；田根林等^[14]以三氯甲基硅烷为原料，利用常温、常压化学气相沉积的方法在竹材表面形成直径30-80 nm的纳米棒阵列或纳米丝网状结构，使切面与水的接触角最高达到157#176;，使其具有防水特性，从而大大延长了竹材的使用寿命。

（5）相分离技术

相分离通常指一种稳定的混合物由于某些变化(例如冷却)变得不稳定,逐渐分离成两相。当其中一相在分离过程中变成固相,就可能形成双连续相结构,两相互相渗透贯穿,形成三维网络。当另外一相(可能是液体或固体)被移除后,就剩下连续的三维网状单相固体结构^[15] 。Nakaji2ma ^[16-17]等利用有机相和无机相相分离原理,结合SiO2 粒子填充在溶胶凝胶体系中制备出超疏水表面。相分离开始应用于超疏水层的制备, Rao与Shirtcliffe等[^[18-24]用类似方法制备出硅凝胶多孔材料

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