微米-亚微米-纳米三元结构超疏水表面在冷凝条件下的润湿性研究

与水接触角大于150 、滚动角小于5 的超疏水表面在工农业生产及日常生活中具有广泛的应用前景，然而，近年来的一些研究表明有些具有低滚动角的超疏水表面在冷凝条件下会失去超疏水性。针对目前超疏水表面在冷凝条件下润湿性研究不足的现状，本项目提出了一种新颖的方法制备微米-亚微米-纳米三元结构超疏水表面，并系统研究表面微观结构特征和表面自由能对冷凝条件下微米-亚微米-纳米三元结构超疏水表面润湿性行为的影响规律，用环境扫描电子显微镜研究冷凝水在微米-亚微米-纳米三元结构超疏水表面的成核、生长、合并和润湿性状态转变规律，旨在揭示表面自由能和表面微观结构特征对冷凝条件下微米-亚微米-纳米三元结构超疏水表面润湿性的影响实质，探索出冷凝条件下超疏水表面仍然保持超疏水性所需的临界和最佳条件。本项目的研究成功可以为超疏水表面的优化设计和制备提供理论和实践依据，解决超疏水表面在冷凝条件下应用性能失效的实际问题。

本项目选取和制备了15种微结构，并将这些微结构复制到不同表面能的材料上获得超疏水表面，研究了超疏水表面在冷凝条件下的润湿性，得出的主要研究结论如下：. （1）表面微结构特征对超疏水表面在冷凝条件下的润湿性有很大的影响，具体如下：①相邻微米“突起”之间的间距越小，越有利于超疏水表面在冷凝条件下保持超疏水性，微米“突起”高度越小，越有利于超疏水表面在冷凝条件下保持超疏水性，并有利于超疏水表面的冷凝水滴滚动。②微米“突起”上的亚微米结构和纳米结构对于超疏水表面在冷凝条件下保持超疏水性具有非常重要的作用，在保持冷凝水滴具有高接触角的前提下，亚微米结构和纳米结构的高度越小、间距越小，则越有利于超疏水表面在冷凝条件下的水滴易于滚动；相邻和相近亚微米和纳米结构的高度具有一定的不平整度或坡度，有利于降低超疏水表面冷凝条件下的水滴滚动角。. （2）材料表面自由能对于超疏水表面在冷凝条件下的润湿性具有较大的影响，表面能越低，越有利于超疏水表面在冷凝条件下保持高接触角和较低的滚动角。. （3）单纯降低材料表面能或单纯调整表面微结构特征均难使超疏水表面在冷凝条件下保持超疏水性，只有将本征疏水性的低表面能材料和合适的表面微结构相结合，才能使超疏水表面在冷凝条件下保持超疏水性。. 本项目主要创新点如下：. （1）率先研究了长鄂鸡眼草叶、再力花叶、紫叶鸭跖草叶表面在冷凝条件下的润湿性，发现长鄂鸡眼草叶和再力花叶表面在冷凝条件下能保持较强的疏水性。. （2）提出并发明了一种将天然植物超疏水表面微结构特征复制到铜片、铁片等金属材料基体上的新方法。. （3）将微相分离与碳酸氢铵升华相结合，提出一种新颖的方法制备超疏水低密度聚乙烯表面。. （4）提出了一种新颖而简单的方法制备PDMS/CaCO3超疏水涂层。. （5）通过在低密度聚乙烯片材上沉积蜡烛灰，发展了一种制备超疏水表面的新方法，研究发现，该超疏水表面在冷凝条件下仍然保持了较强的疏水性。. 本项目完成了预定的研究内容，部分相关研究成果已在国际期刊发表，目前已发表论文8篇（其中SCI 收录5篇，EI收录2篇），已申请国家发明专利10项，其余研究成果正在整理和投稿中，共培养硕士研究生4名，其中2名硕士研究生已毕业。