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納米超疏水涂料的自清潔原理是什么?

返回列表 編輯:德普 瀏覽:165 發布日期:2018-08-24【

近年來,隨著人們生活水品的不斷提高以及環保節能意識的不斷增強,具有自清潔效率的表面納米疏水涂料得到了迅速發展。自清潔表面指表面的污染物或污漬、塵土能在重力或雨水、風力等外力作用下自動脫落或被降解的一種表面,基于超疏水涂層原理的自清潔表面主要是指接觸角是150°、滾動角SA<10°的類荷葉表面。


納米超疏水涂料由于其獨特的效率,在現實中的應用領域非常的廣泛。基于超疏水原理的自清潔表面由于其獨特的表面微觀結構和優異的超疏水性能,使雨水、冰雪、風沙等難以在其表面附著,因而在汽車、建筑玻璃和飛機擋風玻璃、衛星天線、高壓電線,甚至機車和飛機涂裝等方面具有重要應用前景。如果露天的廣告牌、建筑物的外墻等表面像荷葉一樣,就可以保持清潔。


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船只等在水面航行時需要消耗很多的能源來克服航行中的摩擦阻力,對于水下航行體如潛水艇等的阻力甚至可達到80%;而對于運輸管道如輸水(油)管道,其能量幾乎全部被用來克服流固表面的摩擦阻力。隨著微機電水泵的發展, 水泵的尺度越來越小,固液界面中的摩擦力也就會相對的越來越大了,如微通道流等摩擦阻力問題已成為相關器件發展的一個重要的制約因素。因此盡量減少表面摩擦阻力是提高航速和節約能源的主要途徑。


近年來利用納米超疏水涂層減阻的研究越來越受研究者的重視。如利用納米超疏水涂層涂抹或噴涂的方式在表面進行減阻研究中發現,減阻可達30%-40%。利用氟化合物為主,在物體表面添加無機或有機涂料中疏水表面減阻的實驗中發現,在相對較低的流速時,其最大表面阻力降低可達到30%,但隨著流速的增加這種減阻效率下降,原因歸于表面粗糙度不平的影響。


納米超疏水涂層自清潔原理:


納米超疏水涂層的自清潔原理是基于“荷葉效應”。20 世紀90 年代,德國植物學家波恩大學Barthlott等揭示了荷葉表面的結構,發現荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結構,荷葉表面是有微米級的乳突,乳突上有納米級的蠟晶物質,這種微-納米級的粗糙結構可以大幅度提高水滴在其上的接觸角,導致水珠隨著物體搖擺極易滾動。水珠在超疏水表面上的運動是一個復雜的物理現象,在自清潔過程中起到了一個至關主要的作用:水珠在表面滾動時會帶走表面的污染物或污漬、塵土,從而達到自清潔的效果。


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常見超疏水涂層制作現狀


人工制作超疏水涂層雖然時間不長,但發展特別迅速,有效的制作方法也越來越多,主要有化學沉積與電沉積法、模板法、靜電紡絲法、溶膠-凝膠法、刻蝕法、水熱法、納米二氧化硅法、腐蝕法等。目前人工超疏水表面主要包括納米超疏水涂層、納米超疏水涂層、超疏水金屬表面及超疏水織物等方面。

納米超疏水涂層研究存在的問題

納米超疏水涂層由于其獨特的表面性能,具有廣泛的應用市場。目前制作超疏水涂層的方法雖然很多,但仍需開發能夠降低經濟、功能具有持久、穩定的超疏水涂層。


現在該領域的研究重點應集中在以下幾個方面:


開發簡單經濟、綠色無污染的制作方法現有的大多數制作納米超疏水涂層的方法或難以適用于大面積制備,或涉及較昂貴的低表面能物質如含氟硅氧烷,或涉及特定的有機溶劑。為了擴大超疏水涂層的應用范圍,必須開發出簡單經濟、綠色無污染的制作方法。

提高超疏水涂層的強度和持久性納米超疏水涂層的自清潔原理不像TiO2 超親水表面由光催化降解和超親水性共同決定,而是由單純的超疏水物理特性決定的。因此,在長時間的戶外使用過程中,許多超疏水性涂層會對水的接觸角會隨戶外使用時間的延長而減小,疏水性和自潔性降低。這主要是由于空氣中的灰塵、有機污染物等在固體表面吸附聚集引起的。為了提高納米超疏水涂層自清潔表面的持久性,Nakajima 等和Yamauchi 等發現,將少量的TiO2 粉體添加到超疏水性透明涂層中,能夠賦予涂層自清潔性能,并能夠使涂層在長時間的戶外使用過程中保持超疏水性。


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