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納米超疏水材料有哪些特點 應用于哪些行業

返回列表 編輯:德普 瀏覽:288 發布日期:2018-07-11【

幾十年來人們在荷葉,蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性組織和器官的啟發下,研究了各種各樣的納米超疏水材料,納米超疏水材料的設計和研發的目標不僅在于模仿生物的功能結構,更主要的是制備組分和結構均可調的超疏水表面。納米超疏水材料具有特殊微納米結構,因此有疏水自清潔性,防污染等一系列優異性能,同時在強度、耐熱、耐酸堿等性能方面又十分優異的新材料。


超疏水材料由于其優異的超拒水性能,在國防、工農業生產和日常生活中有著廣泛的應用前景。例如超疏水技術用在室外天線上,可防止積雪從而保證通信質量;用在船、潛艇的外殼上,不但能減少水的阻力,提高航行速度,還能達到防污、防腐的功效;用在石油輸送管道內壁、微量注射器針尖上能防止粘附、堵塞、減少損耗;用在紡織品、皮革上,還能制成防水、防污的服裝、皮鞋。正是由于有如此的需求,超疏水材料的應用研究才越來越受關注。將拒水拒油劑涂覆在紡織品、皮革表面或將需處理的材料浸沒在含硅、氟元素高聚物的溶液、乳液中,可以制備拒水、防污的材料。


一、納米超疏水材料在防污、防腐、自清潔方面的應用


眾所周知,冰箱(冰柜)內膽表面凝聚FOFM-TEXT冷凝水,結霜、結冰現象嚴重,使導熱率降低,不利于制冷并影響食物保存且耗費電能。王躍河將納米超疏水技術應用于制冷領域中發現,采用超疏水內膽或者在內膽上采用特殊工藝附上一層納米超疏水材料,內膽表面上的小水滴就會自動滑落不在內膽上沉積,從而避免內膽表面出現結霜、結冰現象。超疏水界面材料還可用在室外天線等戶外設備上,可有效防止積雪,從而保證高質量的接收信號。


二、納米超疏水材料在防附著、減少阻力方面的應用


江雷研究小組通過控制表面形態及模仿生物表面,成功制備出了超疏水自清潔、滾動各向異性及高黏附性超雙疏水表面,這種雙疏水界面材料會給人們的日常生活及工農業生產帶來極大的便利和高附加產值,將超雙疏界面材料涂在輪船的外殼、燃料儲備箱上,不僅可以達到防污、防腐的效果,用于輸送石油的管道中,還可以防止石油粘附管道壁,從而減少運輸過程中的損耗并防止石油管道堵塞;用于水中運輸工具或水下核潛艇表面上,可以減少水的阻力,提高行駛速度;用于半導體傳輸線上,可防止雨天因水滴放電而產生的噪音;用于微量注射器針尖上,可以完全消除昂貴的藥品在針尖上的黏附及由此帶來的對針尖的污染;涂有超雙疏水劑的紡織品和皮革,是一種很好的防水防污材料。


清華大學的張希教授設計了巧妙的實驗比較了具有超疏水表面的金屬和普通的疏水金屬在水溶液中的運動速度,從而直觀地證明了超疏水表面具有減阻的作用。段輝等人采用酸堿兩步催化的表面凝膠化技術制備出了具有有機涂層力學性能的超疏水涂層材料.這種材料的階層結構與天然荷葉表面的極其相似,接觸角達到150°以上,涂層的綜合力學性能良好,可望應用于軍事艦船、潛艇的表面,以防止海生物附著,提高航速。哈工大的潘欽敏博士等研制的新型超級浮力材料。該種材料的應用前景相當廣泛,可開發疏水的船舶表面,提高其抗海水腐蝕能力,如果應用在潛艇的殼體表面則可減小潛水阻力及增加航行速度,節省能源。


三、納米超疏水材料在微流體控制方面的應用


超疏水材料表面所具有的不浸潤性及低表面粘滯力,使其在微流體控制應用方面也有十分出色的表現。比如控制微液滴的運動和流動,并以此制造微液滴控制針頭,使得在實驗或者生產過程中對液體滴加計量能夠精確控制,實驗試劑的添加將更得心應手。如果將這類技術運用到諸如靜電噴涂領域,比如用超疏水材料制造噴漆噴膠等的噴頭,將會使噴涂的液滴更加均勻,霧化效果更好,可以運用在對噴涂效果有特殊要求的場合。另外如果以這類材料制作毛細管類的材料,將會使液滴的虹吸量更少,可以制造體積更小精密度更高的液體傳輸設備。


四、超疏液納米材料的應用


超疏液表面作為超疏水表面的升級和擴展,不僅超疏水而且超疏油,對幾乎任何液體都具有很高接觸角和很低的流動阻力。為開發適用于任何液體的“超疏液”表面需要特殊的倒懸微納米結構。研究人員采用了靜電紡絲技術,它利用電荷從溶液中制出固體微粒。迄今為止他們已經把這種涂層涂抹到小瓷磚上和郵票大小的織物上。該涂層是橡膠塑料粒子聚二甲基硅氧烷(PDMS)和美國空軍發明的含有碳、氟、硅和氧的防水納米立方體的混合物。


據研制出這種材料的美國密歇根大學的工程學研究人員說,這種空氣成分高達至少95%的納米涂層,能夠抵御范圍最廣的任何材料形成的液體,促使它們從物體表面反彈出去。除了超強抗污服裝外,這種涂層還能制成透氣性外套,用來保護士兵和科學家,避免他們接觸到危險化學物,并能制成防水涂料,減少船只的阻力。當通常對襯衫或者皮膚有害的液滴接觸到這種新型“超疏液表面”時,它們會被反彈回來。


超疏水材料的應用面相當廣泛,可涵蓋航天軍工,交通工具、農業、建筑、醫療、日用紡織品等各個方面,可以說前景非常廣闊。


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