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超疏水材料的应用

时间:2013-10-25 06:24:50  来源:  作者:

超疏水材料主要利用其自清洁、耐玷污等生物仿生方面的特性进行开发和应用,在诸如军工、农业微流体毛细自灌溉、管道无损运输、房屋建筑以及各种露天环境下工作的设备的防水和防冰等方面有广阔的前景。具体有以下几方面。

超疏水材料在建筑防污耐水等领域内的应用

建筑物表面的污染主要是由于空气中微小颗粒的粘附和雨、雪等的覆盖污染。www.sanyexin.com超疏水材料因其独特的疏水性,在建筑物内外墙、玻璃及金属框架等的防水、防雪和耐沾污等方面均有广泛的应用前景,可大大降低建筑物的清洁及维护成本,使得建筑物能长久保持亮丽的外观。滴胶厂家目前,超疏水表面材料在建筑防污染方面的产品主要是涂层及防护液等,如中科赛纳技术有限公司采用纳米合成技术制备的纳米超疏水自清洁玻璃涂层。该涂层一般为无色透明、无毒、无污染牢固度高且具有自清洁、防结冰、抗氧化等功能。德国STO公司同样根据荷叶效应原理开发了有机硅纳米乳胶漆。江苏大学吉海燕、陈刚等采用蚀刻法处理玻璃也制备了超疏水玻璃表面。

超疏水表面材料在提高浮力方面的应用

超疏水材料由于其特性,使人们很容易就会将它应用到提高船舶等的浮力上。传统的疏水材料所产生的浮力有限,并且由于制备工艺、成本和后处理工艺上较为复杂等原因,导致其无法大规模实际应用。在自然界中,水黾腿具有超强的疏水性,虽然自身重量很小但水黾能浮于水面上,主要还是靠它腿部上的超疏水结构。这种结构的作用使得水黾能产生约为自身重量的52倍的浮力。由于单根腿的最大支撑力能达到528达因,所以水黾能在水面上行走自如而不下沉。

近年来,江雷、高雪峰等对水黾腿进行了深刻细致的研究,发现水黾腿表面定向排列着微米级针状刚毛。并且此类刚毛上有螺旋状纳米沟槽结构。这一独特的复合二级纳米结构是水黾腿超疏水性和高表面支撑力的根本原因。许多科研学者在水黾的启发下设计了新型超级浮力材料。如哈工大的潘钦敏博士等研制的新型超级浮力材料。该材料同样具有微纳米结构的表面,可改变船与水的接触状态,使船体表面在水中所受阻力更小。这种微型船在水面自由漂浮的同时可以承载比自身最大排水量多50%的重量。该种材料的应用前景相当广泛,可开发疏水的船舶表面,提高其抗海水腐蚀能力,如果应用在潜艇的壳体表面则可减小潜水阻力及增加航行速度,节省能源。

超疏水表面材料在管道运输方面的应用

天然气的管道运输因其传输距离远,线路可控设备投入较简单等优势已经成为陆上天然气资源的主要输送方式,但由于天然气中往往含有硫化氢、二氧化碳和水等腐蚀性物质,因而管道容易发生均匀腐蚀、坑蚀、电化学腐蚀、冲刷腐蚀等现象。由于管道内壁表面粗糙等的原因,天然气的传输效率也较低。针对上述问题,许多学者在这方面做了很多工作,如段雪等在铝及其合金表面上制备超疏水薄膜,使其防腐能力明显提高。郭海峰等用有机硅氧烷等混合液在天然气管道内表面喷涂,以制备超疏水膜进一步达到提高管道的耐腐蚀性能。卢思等课题小组叫把无序碳纳米管粘接在基材铝板表面以形成复合结构表面,然后用聚四氟乙烯修饰该复合表面上以形成一层超疏水PrI’FE膜(如图5所示)。

在国外,许多铝、铁、碳钢等金属以及合金表面都会用超疏水膜来修饰,以提高其防腐蚀性。该方法可有效地运用在如管道气体、液体运输减阻等多方面,对降低运输能耗,提高输送效率有很大帮助,未来有较大的开发应用空间。

超疏水材料在织物及过滤材料方面的应用

先前已经介绍过,采用静电纺丝法或者在材料表面进行处理可制备具有超疏水性的各种微纳米结构纤维。这类材料因具有超疏水性能,可用于制造防水薄膜、疏水滤膜以及防水透气薄膜等,或者使织物因疏水性能而具有防水、防污染、防灰尘等新功能。如美国NANO—TEX公司采用纳米技术开发的Nano—care功能型面料;德国巴斯夫(BASF)公司也将荷叶效应应用到纺织品上,开发出具有超疏水自清洁功能的聚酯雨衣、雨篷及衣物面料等。而上海名列化工科技有限公司则开发出了ML—cF系列多孔薄膜(如(图6))。该系列超疏水薄膜采用PTFE、PVDF等作为基材并利用热覆及相转化法制成,其纤维结构呈纳米级的超细乱纤排布。由于构筑材料为PTFE等低表面能材料,因此能应用于空气净化,油脂类的净化过滤,以及制药过程中的液体和胶体过滤等方面。

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