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超疏水高分子材料的研究进展
摘
要<
/p>
：近十年来，由于超疏水表面在自清洁、防冰冻、油水分离等方面的广泛应用前
景，超疏水高分子薄膜的研究受到了极大的关注。本文综述了超疏水高分子材料的制备方< p>
法，并对超疏水高分子材料研究的未来发展进行了展望。
关键词：
超疏水，高分子材料，自清洁
Developments of super-
hydrophobic Ploymeric material
Abstract:
In the last
decades, super-hydrophobic surface has aroused
great interest in
both
academic
and
industrial
fields
owing
to
their
potential
application
in
self-
cleaning,
anti-icing/fogging,
water/oil
separation,
et
al.
In
this
paper,
the
recent
development
in
super-hydrophobic
polymeric
membrane
is
reviewed
from
both
preparation
and
technique,
and
the
future
development
direction
of
the
superhydrophobic polymeric surface is
also proposed in the end
．
Key Words:
super-
hydrophobic, polymeric membrane, self-cleaning.
引言
<
/p>
自然界是功能性表面的不竭源泉。植物叶表面的自清洁效果引起了人们的
< br>很大的兴趣，在以荷叶为典型代表的自然超疏水表面上充分体现了这种自清洁
性质
，因此称之为“荷叶效应”
[1]
。图
1.1
中展示的是水滴和汞在荷叶表面的
宏观与微观的照片
[2]
。
植物叶
表面的微观结构产生自清洁性这一发现不仅为人
工构筑超疏水表面提供的灵感，而且植物
叶本身也是一个优异的模板，通过对
其结构的复制，可望得到具有类似于植物叶表面微结
构及自清洁性能的表面。
通过对生物体表面结构仿生可以实现结构和性能的完美统一
[3-12]
。
随着高分子材料在日常生活中的广泛应用，针对高聚物材料存在的表面问
题，例如表面的
防污性、湿润性，防冰冻，抗菌性等的研究变得越来越重要，
特别是智能高分子材料的性
能研究尤为引人注目。由于超疏水材料在自清洁、
防冰冻、减阻、及油水分离等方面的潜
在应用
,
人们已经认识到疏水性材料对实
际应用的巨大影响
[13-16]
。因此，近年来，研究人员
对与水接触角大于
150
°的
薄膜也
就是具有自然界中荷叶效应的表面研究倾注了极大的兴趣和热情。目
前，智能超疏水高分
子材料已成为材料研究的一个热点
,
许多新颖的制备材料和
工艺得到不同程度的发展。
图
1.1
（
a
）水滴在荷叶表面
（
b
）荷叶表面的汞滴
1.
超疏水高分子材料的表面结构特征
德国生物学家
Barthlolott
和
Neihuis
通过对近
300
种植物叶表面进行研
究
[17,18]
，认为这种自清洁的特征是具有微米结构的乳突和覆盖在表面的疏水蜡
状物质存在共同作用引起的。后来的研究表明，多孔的粗糙表面也可以制备超
疏水表面
，如蜡烛灰的沉积表面，其表面的接触角高达
171
°，滚动角
小于
2
°
.
它
的表面结构呈现由纳米颗粒组成的多孔的网状结构。
根据目前
对粗糙表面的浸润性研究结果，超疏水表面主要可以通过两种方
法来制备：一种是利用疏
水材料来构建表面粗糙结构；另一种方法是在粗糙表
面修饰低表面能的物质
[19]
。除少数高分子材料（如
PVA
等）外，大多数高分子
是疏水材料。因此，要制备超疏水高分子材料，重点
是构建与超疏水对应的粗
糙表面结构。
2.
超疏水高分子材料制备方法
2.1
模板印刷法
< br>模板印刷法就是用一种模型平面或者立体模型作为模板，在其上选择一种
材料用印
刷板压制方法，当把模型移除后就只剩下与模型的相反模板凹模板或
阴模模具，利用此凹
模板通过类似的方法就可以制备出原模型的复制品
[20-25]
。
清华大学的王晓工
[26]
教授以荷叶表面作为模板将聚二甲基硅氧烷（
PDMS
）
的预聚体压印在荷叶表面上得到了与荷叶表面完全相反的
< br>PDMS
结构，再以此为
模板得到与
PDMS
模板表面形貌相反的微
-
纳米结构，这种微
-
纳米结构就与荷叶
表面的结构完全一致。制得的表面与水的接触角达到
156
°。
Feng
等
[27]
利用多
孔氧化铝作为模板将聚丙烯腈溶液挤入凝固液中固化
,
制备出接触角高达
173
°
的针状阵列聚丙烯腈纳米纤维。
该种方法工艺简单
,
准确有效，成本
低，而且可以大面积的制备，但模板
的使用寿命短。
2.2
气相沉积法
< br>气相沉积法包括物理气相沉积法（
PVD
）
、化学气相沉积法（
CVD
）等。它是
利用各种疏水性物质通过物理或者化学的方法将其沉积到基底表面形成膜的过
程。
Julianna
A
等
[ 28]
,
< br>在聚丙烯膜表面利用气相沉积法，沉积了多孔晶状聚丙
烯涂层
,
使聚丙烯膜呈现超疏水性
,
接触角达到
169
°
,
其接触角提高了
42
°。
Ta
kai
[29]
等用三甲基甲氧基硅烷作为前驱体
,
利用微波等离子体增强化学气相沉
积技术
,
在聚甲基丙烯酸甲酯塑料与玻璃的基体上制备了接触角大于
150
°的超
疏水膜。
2.3
溶胶
-
凝胶法
溶胶
-
凝胶法（
Sol-gel
法）是指将含有高化学活性组分的化
合物作为前驱
体，在酸或碱条件下进行水解产生具有活性的羟基，经过水解缩合反应形成
溶
胶，伴随着水解缩合反应的进行溶胶的粘度会进一步增加，最后形成凝胶，经
过一段时间的干燥成为干凝胶。将溶剂去掉后，有时会留下一些微纳米孔，这
些孔结构使材料具有了超疏水性能
[30-34]
。
Minami
小组
[35--38]<
/p>
在玻璃片上运用溶胶
-
凝胶法制备了
Al
2
O
3
凝胶薄膜，然后
将其放在沸水中浸泡进行表面处理，在
30s
的短时间内就可得到具有类花状
（
flower-like
）结构的多孔
Al
2
O
3
薄膜，再用氟硅
烷修饰这种薄膜，可以得到
与水接触角呈
165
°的超疏水性透明薄膜。
溶胶
-
凝胶法制备超疏水表面反应条件比较温和，常温常压下即可，成本
< br>低、周期短、可以大面积制备并且对基底属性要求低，但存在的不足是：制备
得到
的表面结构可控性比较差，力学性能也不高，工艺过程比较复杂，还存在
溶剂污染等缺点
。
虽然超疏水材料的研究历史并不长，但超疏水材料的独特的
性能和广泛的
应用前景，引起的研究者们对超疏水材料越来越大的兴趣
< br>[45-47]
。智能超疏水材
料的使用将会给人们的日
常生活和工农业生产带来极大的便利和高附加产值。
例如
:
超疏水界面材料用在室外天线上
,
可以防积雪
,
从而保证高质量的接收