一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征

一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征本文介紹了一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征方法。該方法采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體，并利用化學(xué)處理和材料表面修飾技術(shù)，使其表面具有微小的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了超疏水效果。同時(shí)，本文也對該表面運(yùn)用了多種分析手段進(jìn)行表征。

1.研究背景

超疏水表面是一種具有眾多應(yīng)用前景的先進(jìn)表面結(jié)構(gòu)，在多個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域中，超疏水表面可以作為防曬材料、防腐蝕材料和耐磨材料等的重要組成部分；在醫(yī)療和生物領(lǐng)域，超疏水表面可以作為生物傳感器、細(xì)胞培養(yǎng)基貼附材料等的理想選擇。雖然目前已有多種制備超疏水表面的方法，但其中一部分具有制備成本高、性能不穩(wěn)定等缺陷，且多數(shù)方法并未充分考慮仿生的思路，因此需要更高效、簡便的制備方法。

2.制備方法

本研究制備超疏水表面采用了仿生-再造的思路，即構(gòu)建仿生表面結(jié)構(gòu)并通過化學(xué)處理和表面修飾實(shí)現(xiàn)超疏水效果。具體步驟如下：

(1)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體。本實(shí)驗(yàn)采用了水熱法合成的SiO2和電化學(xué)沉積法生成的NiSi棕黑色涂層作為基體。然后利用浸泡、沉積等方法，將NiSi棕黑色涂層附著在SiO2基體上，形成葉狀硅基體。

(2)化學(xué)處理。將葉狀硅基體浸泡在70％的氫氧化鈉(NaOH)溶液中，處理時(shí)間為1h。這會(huì)引起NiSi棕黑色涂層與SiO2基體之間的化學(xué)反應(yīng)，消除了NiSi的活性表面，表面粗糙度增加。完成處理后，使用去離子水和無塵紙將樣品沖洗干凈。

(3)表面修飾。使用氧氣等離子體放電處理和沉積法在葉狀硅基體表面修飾過渡金屬硅氮化物(MeSiNx，Me為Zr、Ti)負(fù)載納米顆粒。這些納米顆粒能夠進(jìn)一步增加葉狀硅基體表面的粗糙度和孔洞結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)超疏水效果。

3.表征結(jié)果

本研究采用多種表征手段來分析制備的超疏水表面的性質(zhì)，包括掃描電子顯微鏡(SEM)、接觸角儀和持水實(shí)驗(yàn)等方法。

(1)SEM圖像表明，經(jīng)過化學(xué)處理和表面修飾后，葉狀硅基體表面形成了大小不同的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)。這種表面結(jié)構(gòu)在兩種基體上都可以觀察到，并且與大小和分布有關(guān)的元件尺寸相關(guān)。

(2)接觸角測量表明，經(jīng)過化學(xué)處理和表面修飾后，葉狀硅基體表面的接觸角提高到了164.2度，表現(xiàn)出良好的超疏水性能。這說明制備方法能夠有效提高基體的表面疏水性，使水以大的接觸角形式滑落。

(3)持水實(shí)驗(yàn)表明，葉狀硅基體的超疏水性能也能夠在實(shí)際工作環(huán)境中得以維持。在持續(xù)浸泡的測試中，基體表面的液滴存留時(shí)間與基質(zhì)類型和處理過程相關(guān)，保持高的接觸角和極短的膜壽命。

4.總結(jié)

本文提出了一種新型仿生-再造超疏水表面的制備與表征方法。該方法采用了復(fù)合結(jié)構(gòu)的葉狀硅基體，并結(jié)合化學(xué)處理和材料表面修飾技術(shù)，在基體表面形成了微小的凹陷和孔洞結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了超疏水效果。通過SEM、接觸角測量和持水實(shí)驗(yàn)等多種表征方法來分析制備的超疏水表面，結(jié)果表明該方法具有制備成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種工業(yè)和生物領(lǐng)域的應(yīng)用需求。因此，該制備方法具有廣泛的應(yīng)用前景和研究價(jià)值，值得進(jìn)一步深入探討和研究。5.應(yīng)用前景

由于其良好的超疏水性能和廣泛的應(yīng)用前景，仿生-再造超疏水表面在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。其中，以下是一些具體的應(yīng)用領(lǐng)域。

(1)非粘性涂層。超疏水表面具有優(yōu)異的非粘性性能，可以被應(yīng)用在各種涂層中，如防腐層、抗污染涂層等。此類涂層可用于石油、化學(xué)、航空等工業(yè)領(lǐng)域中。超疏水表面涂層還可以被應(yīng)用在機(jī)械加工的表面，防止?jié)櫥偷卧诩庸け砻嫔希岣呒庸ば省?/p>

(2)自清潔表面。超疏水表面可以使液滴減少粘附，同時(shí)在表面自然滑落，起到自清潔作用。這種自清潔表面的應(yīng)用可以用于醫(yī)療領(lǐng)域，如人工骨、人工器官等的表面。

(3)納米傳感器。具備超疏水表面的納米傳感器可以應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)生物和環(huán)境監(jiān)測的目的。例如，超疏水表面的電極可以被用作微生物檢測器，或是用于監(jiān)測應(yīng)用于河流或富含水分的環(huán)境中的水分子。

(4)電子器件。超疏水表面的電介質(zhì)薄膜可以作為電子器件的涂層使用。超疏水表面可用于實(shí)現(xiàn)能源密度高、薄、通量高的超級(jí)電容器。

(5)光電子學(xué)。超疏水表面容易產(chǎn)生泡沫狀水滴，在光線的照射下表現(xiàn)出高反光度。這對于光電子器件的發(fā)展具有重要的意義。

6.發(fā)展趨勢

隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，超疏水表面的制備技術(shù)也在不斷完善中。未來，需要進(jìn)一步探究和研究超疏水表面的制備方式、表征方法以及其在不同領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

在超疏水表面制備中，可以通過改變材料的結(jié)構(gòu)和表面處理方法來提高其制備效率。例如，通過仿生表面結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向生長的方法，可以制備具有更高超疏水性能的復(fù)合葉狀硅基體。理解氧氣等離子體放電等技術(shù)在表面修飾中的作用和調(diào)控，有望實(shí)現(xiàn)更加穩(wěn)定、高效的表面修飾方法。

在超疏水表面的應(yīng)用方面，需要進(jìn)一步研究和探究具有不