一.润湿现象
在自然界当中,当天空下雨的时候,荷叶表面会有水珠的聚集。荷叶随风摇曳,水珠也跟着四处滚动而并不铺展,同时还能带走荷叶上的灰尘等杂物。我们把这种自清洁的现象叫“做荷叶效应”[1]。像荷叶这种在宏观组织或者器官上都可以表现出对水的极难润湿和挂壁的现象,人们发现它们是具有超疏水的表面的。 在我们的日常生活中,常使用纸巾毛巾擦去物体表面的水,是因为他们具有亲水表面,可以快速的吸收水分。这些宏观的疏水亲水现象为我们研究材料的表面性能提供了良好的生物样本[2]。
二、润湿机理
润湿是指某一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。固体表面的润湿性在很多领域起着重要作用,如印染、喷漆、涂料分散、吸附、茹合等方面。在自清洁材料、微流体、生物医学、日常生活用品、公共建筑、以及国防航空等领域广泛的应用了超疏水表面,超疏水表面是指水在其上的接触角大于150°的表面。
1)杨氏方程
在十九世纪初,英国的科学家托马斯杨[3]对于光滑平整的固体表面进行了研究,从而获得了杨氏方程costheta;Y = (gamma;SG - gamma;SL) / gamma;LG
其中中gamma;SG为固-气界面张力,gamma;SL为固-液界面张力,gamma;LG为液-气界面张力,theta;Y称为固体表面的本征接触角。杨氏方程将本征接触角与各种相的关系表达出来,。当液相和气相固定时,本征接触角theta;Y越大,说明光滑的固体表面越难被润湿。
2)Wenzel方程
杨氏方程在当时来说是比较先进的理论,但是也有其一定的局限性。因为在真正的实际生活中某事不存在绝对平整光滑的表面的。看似光滑的表面也会存在一些肉眼难以发现的粗糙结构,这对于材料表面的润湿性也是有很大影响的。因此Wenzel于1936年提出了粗糙度的概念来定量表征材料表面润湿性。将粗糙度r与杨氏方程结合起来,就形成了Wenzel方程[4]
costheta;W=r (gamma;SG - gamma;SL)/gamma;LG
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