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回南天，地板冒水、墻壁“冒汗”，讓人抓狂。在一些行業(yè)，水更是讓人如臨大敵：水會(huì)帶來細(xì)菌，帶來腐蝕，帶來污染。偏偏在我們周圍水又無處不在，“搞破壞”防不勝防。有沒有辦法在不歡迎水的時(shí)候把它擋在門外?超疏水材料擔(dān)起了重任。
在一場演講中，科學(xué)家將一盆水潑向一塊金屬板，水珠像鋼珠一樣滾落，金屬板仍然干爽;一只船槳浸入水缸，拿出來竟然未帶出一滴水珠，就像是從沒放進(jìn)去過一樣;一杯水倒在一塊經(jīng)過特殊處理的玻璃板上，水緊緊靠在中央“不越雷池半步”，即使用手?jǐn)嚦鰜硪粌傻我擦⒓磁芑厝ァ?/p>
因防水防腐蝕等特殊效果廣受關(guān)注，從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H推廣和應(yīng)用已成迫切需求......
這些違背我們?nèi)庋邸俺ＷR”的現(xiàn)象，就是“超疏水材料”搗的鬼。這種通過改變材料的表面自由能和表面粗糙度獲得的新型材料，靈感來自于自然界中的植物。自然界中的某些植物葉表面具有超疏水性質(zhì)和自清潔功能，最典型的便是荷葉表面，形成了“荷葉自潔效應(yīng)”，“出淤泥而不染”。由于其防水、防腐蝕、抗菌的特殊效果，如今已經(jīng)成為國際熱門的研究領(lǐng)域，可以在環(huán)保、工業(yè)、醫(yī)療等各種你想象不到的領(lǐng)域大展身手。
1.微納復(fù)合結(jié)構(gòu)
材料表面的自由能決定了這個(gè)材料是親水還是疏水，自由能越低，疏水性越強(qiáng);表面微觀的粗糙度則決定了親疏水的強(qiáng)度，表面越粗糙，疏水性越強(qiáng)。
一顆水珠滴在材料表面，如果它迅速鋪展開來，就是親水或超親水表面;如果水珠形成球形，能夠滾來滾去，就是疏水乃至超疏水表面。
2.超疏水的性質(zhì)是怎樣形成的?
弄清楚這個(gè)，自然界的超疏水現(xiàn)象就可能為人類所利用了。根據(jù)研究超疏水材料的專家解釋，按照熱力學(xué)的規(guī)律，表面能高的物質(zhì)無法在表面能低的物質(zhì)表面鋪展開。水是表面能比較高的物質(zhì)，因此表面能比水低的物質(zhì)，如一些含硅、氟的物質(zhì)就會(huì)表現(xiàn)出疏水性，水在這樣的表面會(huì)盡量讓自己縮成一個(gè)球形。
3.宏觀與微觀分析
宏觀上看到的固體和液體的接觸界面，實(shí)際上是由氣液界面和固液界面共同組成的混合界面。微表面越粗糙，鎖住的空氣就越多，與水的接觸就越少，固體就越疏水。
微觀上水落在該材料的表面，水滴的接觸角在110度左右，從外觀上看水在該材料表面會(huì)形成水珠，如果把物品立起來，水珠會(huì)向下滾落，這一特性就與荷葉十分相似。
4.向自然學(xué)習(xí)制作超疏水材料
人們從大自然受到了多重啟發(fā)，制造出同樣具有超疏水性質(zhì)的各種材料，對各向異性的研究則可控制液體在固體的哪個(gè)方向、什么程度上發(fā)生浸潤。除了荷葉，還有很多生物的表面具有超疏水結(jié)構(gòu)。專家介紹，蟬翼表面由規(guī)則排列的納米柱狀結(jié)構(gòu)組成，直徑約為80納米，納米柱的間距約180納米。規(guī)則排列的納米突起構(gòu)建起了粗糙度，使蟬翼表面穩(wěn)定吸附了一層空氣膜，誘導(dǎo)了超疏水的性質(zhì)，從而確保了自清潔功能。
在這樣的啟發(fā)下，研究者設(shè)計(jì)了新型疏水自潔納米復(fù)合陶瓷涂料。以納米陶瓷本身高硬度、耐磨、涂層不燃，具有一定的阻燃性能且耐腐蝕的設(shè)想下，研究出了我們的超疏水納米復(fù)合陶瓷涂料！
5.超疏水特性能應(yīng)用在哪些方面?
不少研究者對此提出了暢想。
先想想跟我們生活息息相關(guān)的。有抗菌自清潔效應(yīng)的超疏水表面應(yīng)用于生活用品，可以減少清洗的麻煩;冰箱、冷柜等制冷設(shè)備的內(nèi)膽表面上，不再有凝聚水、結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象;在建筑物內(nèi)外墻、玻璃及金屬框架等的防水、防雪和耐沾污等方面應(yīng)用，可大大降低建筑物的清潔及維護(hù)成本。
思路開闊一點(diǎn)。天然氣、石油管道內(nèi)壁表面涂上超疏水分子膜，能夠防止管道腐蝕，提高油氣的傳輸效率。將其涂在遠(yuǎn)洋輪船船底，可以防污、防腐。?
還有根據(jù)專家認(rèn)為，如果將這類技術(shù)運(yùn)用到諸如靜電噴涂領(lǐng)域，比如用超疏水材料制造噴漆噴膠等的噴頭，將會(huì)使噴涂的液滴更加均勻，霧化效果更好，可以運(yùn)用在對噴涂效果有特殊要求的場合。
6.開思帶領(lǐng)超疏水材料走出實(shí)驗(yàn)室，面向未來
超疏水材料的應(yīng)用面相當(dāng)廣泛，涵蓋航天軍工、建筑、醫(yī)療等各個(gè)方面。然而，由于受目前技術(shù)及開發(fā)成本等限制，實(shí)際產(chǎn)業(yè)化及商品化的還不多。
研究者提出，控制微液滴的運(yùn)動(dòng)和流動(dòng)并以此制造微液滴控制針頭，使得在實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)過程中對液體滴加計(jì)量精確控制，實(shí)驗(yàn)試劑的添加將更得心應(yīng)手。超疏水材料在微流體控制應(yīng)用上也有出色的表現(xiàn)，使得超疏水涂料的市場運(yùn)用更加成熟。
嶄新的技術(shù)開拓更加廣泛的市場！科研的高度決定未來的方向！