疏水的案例
“硅”助力超疏水 一文帶你了解超疏水材料的技術(shù)
超疏水性是一種特殊的潤(rùn)濕性，一般指水滴在固體表面呈球狀，接觸角大于150度，滾動(dòng)角小于10度。材料表面能（材料表面分子比內(nèi)部分子多出的能量）越低，疏水性越好，且當(dāng)?shù)捅砻婺懿牧暇哂形⒂^粗糙結(jié)構(gòu)時(shí)，水滴與材料之間會(huì)形成一層空氣膜，阻礙水對(duì)材料表面的潤(rùn)濕，從而形成超疏水狀態(tài)。
超疏水表面最初的靈感來(lái)源于“荷葉效應(yīng)”。20 世紀(jì)90 年代，德國(guó)植物學(xué)家波恩大學(xué)Barthlott等揭示了荷葉表面的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)荷葉的“自潔性”源于其表面的微納結(jié)構(gòu)，荷葉表面具有微米級(jí)的乳突，乳突上有納米級(jí)的蠟晶物質(zhì)，這種微-納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)可以大幅度提高水滴在其上的接觸角，導(dǎo)致水滴極易滾落。
因?yàn)樗卧诔?em>疏水材料表面滾落時(shí)可帶走污染物，使材料表面保持清潔。因此超疏水材料具有防水、防腐蝕、防冰以及防附著等多重特性。
荷葉表面除具有超疏水特性——“荷葉效應(yīng)”之外，還呈現(xiàn)荷葉表面超疏水、底面親水的（Janus）潤(rùn)濕性特性。模擬荷葉表面這種特性進(jìn)行具有顯著潤(rùn)濕性差異Janus膜表面構(gòu)筑，目前研究開展的還相對(duì)較少。
近日，一個(gè)土耳其-德國(guó)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)以濾紙為多孔基底，通過(guò)單面修飾聚二甲硅氧烷（PDMS）/無(wú)機(jī)微納顆粒（粒徑范圍從數(shù)納米到數(shù)十微米），簡(jiǎn)便構(gòu)筑了具有超疏水/親水顯著潤(rùn)濕性差異的Janus紙。這種紙具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和柔韌性，同時(shí)保持良好的透氣性，在傷口處理等方面具有較大的應(yīng)用前景。
Janus紙構(gòu)筑過(guò)程示意圖
研究人員選用Whatman No. 1濾紙和實(shí)驗(yàn)室工程棉濾紙為基底材料，PDMS、硅納米顆粒以及玻璃微球混合均勻后采用噴涂技術(shù)涂覆到基底表面，經(jīng)過(guò)120 ℃加熱交聯(lián)處理后PDMS共價(jià)接枝到濾紙表面。該側(cè)濾紙表面呈現(xiàn)出超疏水特性（CA~163.1 ± 1.2°）。同時(shí)，研究表明混入摻雜三種不同尺寸的無(wú)機(jī)顆粒（20?
展開 蒸汽疏水閥知識(shí)匯總
有些情況下在疏水閥下游安裝觀視鏡來(lái)代替Spiratec檢測(cè)裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動(dòng)力疏水閥）下游至少一米處。
（3）當(dāng)排水管中存在背壓，為防止疏水閥進(jìn)口壓力降低或停機(jī)時(shí)蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。
（4）旁通忘記關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致蒸汽泄漏或疏水閥故障，并增加冷凝水管道的壓力，從而影響其它疏水閥的工作，因此我們不建議安裝旁通。
（5）疏水閥的安裝位置應(yīng)低于用汽設(shè)備的出口，在疏水閥的進(jìn)口和設(shè)備出口之間應(yīng)有150mm左右的下降管。
（6）應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對(duì)于有垂直升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械式疏水閥（如浮球式和倒吊桶式疏水閥），如安裝方向不正確會(huì)導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。
（7）熱動(dòng)力蒸汽疏水閥雖然能在任何安裝方位工作，但安裝于水平管道能獲得最大的使用壽命。
（8）有些用戶為節(jié)約費(fèi)用，使用一個(gè)疏水閥來(lái)排放多個(gè)設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實(shí)際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。
（9）對(duì)帶溫度控制的換熱設(shè)備，應(yīng)盡量避免冷凝水排放管向上的提升，因?yàn)樵谙到y(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)換熱器內(nèi)的壓力降低而不足于把冷凝水排放出去，從而使設(shè)備產(chǎn)生積水、水錘等現(xiàn)象。
（10）疏水閥應(yīng)盡可能接近被疏水設(shè)備的出口以防止出現(xiàn)蒸汽汽鎖。
展開 蒸汽疏水閥......
1、蒸汽疏水閥安裝時(shí)應(yīng)遵循以下各項(xiàng)原則：
（1）所有的疏水閥均有小的排放口，如管道中的雜質(zhì)、焊渣等進(jìn)入疏水閥，就很容易引起堵塞，從而導(dǎo)致疏水閥的泄漏或損害，因此需要在疏水閥上游安裝Y形過(guò)濾器。
（2）對(duì)于非直接排向大氣的系統(tǒng)，在疏水閥的上游應(yīng)安裝Spiratec檢測(cè)裝置以便于監(jiān)測(cè)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)疏水閥失靈或設(shè)備積水情況。有些情況下在疏水閥下游安裝觀視鏡來(lái)代替Spiratec檢測(cè)裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動(dòng)力疏水閥）下游至少一米處。
（3）當(dāng)排水管中存在背壓，為防止疏水閥進(jìn)口壓力降低或停機(jī)時(shí)蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。
（4）旁通忘記關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致蒸汽泄漏或疏水閥故障，并增加冷凝水管道的壓力，從而影響其它疏水閥的工作，因此我們不建議安裝旁通。
（5）疏水閥的安裝位置應(yīng)低于用汽設(shè)備的出口，在疏水閥的進(jìn)口和設(shè)備出口之間應(yīng)有150mm左右的下降管。
（6）應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對(duì)于有垂直升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械式疏水閥（如浮球式和倒吊桶式疏水閥），如安裝方向不正確會(huì)導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。
（7）熱動(dòng)力蒸汽疏水閥雖然能在任何安裝方位工作，但安裝于水平管道能獲得最大的使用壽命。
（8）有些用戶為節(jié)約費(fèi)用，使用一個(gè)疏水閥來(lái)排放多個(gè)設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實(shí)際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。
（9）對(duì)帶溫度控制的換熱設(shè)備，應(yīng)盡量避免冷凝水排放管向上的提升，因?yàn)樵谙到y(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)換熱器內(nèi)的壓力降低而不足于把冷凝水排放出去，從而使設(shè)備產(chǎn)生積水、水錘等現(xiàn)象。
（10）疏水閥應(yīng)盡可能接近被疏水設(shè)備的出口以防止出現(xiàn)蒸汽汽鎖。
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有些情況下在疏水閥下游安裝觀視鏡來(lái)代替Spiratec檢測(cè)裝置。如安裝觀視鏡應(yīng)安裝于離噴排式疏水閥（如熱動(dòng)力疏水閥）下游至少一米處。
（3）當(dāng)排水管中存在背壓，為防止疏水閥進(jìn)口壓力降低或停機(jī)時(shí)蒸汽空間積水，應(yīng)在疏水閥下游安裝止回閥。
（4）旁通忘記關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致蒸汽泄漏或疏水閥故障，并增加冷凝水管道的壓力，從而影響其它疏水閥的工作，因此我們不建議安裝旁通。
（5）疏水閥的安裝位置應(yīng)低于用汽設(shè)備的出口，在疏水閥的進(jìn)口和設(shè)備出口之間應(yīng)有150mm左右的下降管。
（6）應(yīng)確保疏水閥正確的安裝方向，尤其對(duì)于有垂直升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械式疏水閥（如浮球式和倒吊桶式疏水閥），如安裝方向不正確會(huì)導(dǎo)致疏水閥的磨損、失效及泄漏蒸汽。
（7）熱動(dòng)力蒸汽疏水閥雖然能在任何安裝方位工作，但安裝于水平管道能獲得最大的使用壽命。
（8）有些用戶為節(jié)約費(fèi)用，使用一個(gè)疏水閥來(lái)排放多個(gè)設(shè)備的冷凝水，這被稱為群組疏水。但實(shí)際上由于各設(shè)備不同的工作情況，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)積水現(xiàn)象，因此應(yīng)避免群組疏水。
（9）對(duì)帶溫度控制的換熱設(shè)備，應(yīng)盡量避免冷凝水排放管向上的提升，因?yàn)樵谙到y(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)換熱器內(nèi)的壓力降低而不足于把冷凝水排放出去，從而使設(shè)備產(chǎn)生積水、水錘等現(xiàn)象。
（10）疏水閥應(yīng)盡可能接近被疏水設(shè)備的出口以防止出現(xiàn)蒸汽汽鎖。
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疏水閥的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
疏水閥在蒸汽加熱系統(tǒng)中起到阻汽排水作用，選擇合適的疏水閥，可使蒸汽加熱設(shè)備達(dá)到最高工作效率。要想達(dá)到最理想的效果，就要對(duì)各種類型疏水閥的工作性能、特點(diǎn)進(jìn)行全面的了解。
疏水閥的品種很多，各有不同的性能。選用疏水閥時(shí)，首先應(yīng)選其特性能滿足蒸汽加熱設(shè)備的最佳運(yùn)行，然后才考慮其他客觀條件，這樣選擇你所需要的疏水閥才是正確和有效的。
疏水閥要能“識(shí)別”蒸汽和凝結(jié)水，才能起到阻汽排水作用。“識(shí)別” 蒸汽和凝結(jié)水基于三個(gè)原理：密度差、溫度差和相變。于是就根據(jù)三個(gè)原理制造出三種類型的疏水閥，分類為機(jī)械型、熱靜力型、熱動(dòng)力型。
一.機(jī)械型疏水閥
機(jī)械型也稱浮子型，是利用凝結(jié)水與蒸汽的密度差，通過(guò)凝結(jié)水液位變化，使浮子升降帶動(dòng)閥瓣開啟或關(guān)閉，達(dá)到阻汽排水目的。機(jī)械型疏水閥的過(guò)冷度小，不受工作壓力和溫度變化的影響，有水即排，加熱設(shè)備里不存水，能使加熱設(shè)備達(dá)到最佳換熱效率。最大背壓率為80%，工作質(zhì)量高，是生產(chǎn)工藝加熱設(shè)備最理想的疏水閥。
機(jī)械型疏水閥有自由浮球式、自由半浮球式、杠桿浮球式、倒吊桶式等。
1.自由浮球式疏水閥：
自由浮球式疏水閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部只有一個(gè)活動(dòng)部件精細(xì)研磨的不銹鋼空心浮球，既是浮子又是啟閉件，無(wú)易損零件，使用壽命很長(zhǎng)，“銀球”牌疏水閥內(nèi)部帶有Y系列自動(dòng)排空氣裝置，非常靈敏，能自動(dòng)排空氣，工作質(zhì)量高。
展開 常見疏水閥的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
疏水閥在蒸汽加熱系統(tǒng)中起到阻汽排水作用，選擇合適的疏水閥，可使蒸汽加熱設(shè)備達(dá)到最高工作效率。要想達(dá)到最理想的效果，就要對(duì)各種類型疏水閥的工作性能、特點(diǎn)進(jìn)行全面的了解。
疏水閥的品種很多，各有不同的性能。選用疏水閥時(shí)，首先應(yīng)選其特性能滿足蒸汽加熱設(shè)備的最佳運(yùn)行，然后才考慮其他客觀條件，這樣選擇你所需要的疏水閥才是正確和有效的。
疏水閥要能“識(shí)別”蒸汽和凝結(jié)水，才能起到阻汽排水作用。“識(shí)別” 蒸汽和凝結(jié)水基于三個(gè)原理：密度差、溫度差和相變。于是就根據(jù)三個(gè)原理制造出三種類型的疏水閥，分類為機(jī)械型、熱靜力型、熱動(dòng)力型。
一.機(jī)械型疏水閥
機(jī)械型也稱浮子型，是利用凝結(jié)水與蒸汽的密度差，通過(guò)凝結(jié)水液位變化，使浮子升降帶動(dòng)閥瓣開啟或關(guān)閉，達(dá)到阻汽排水目的。機(jī)械型疏水閥的過(guò)冷度小，不受工作壓力和溫度變化的影響，有水即排，加熱設(shè)備里不存水，能使加熱設(shè)備達(dá)到最佳換熱效率。最大背壓率為80%，工作質(zhì)量高，是生產(chǎn)工藝加熱設(shè)備最理想的疏水閥。
機(jī)械型疏水閥有自由浮球式、自由半浮球式、杠桿浮球式、倒吊桶式等。
1.自由浮球式疏水閥：
自由浮球式疏水閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部只有一個(gè)活動(dòng)部件精細(xì)研磨的不銹鋼空心浮球，既是浮子又是啟閉件，無(wú)易損零件，使用壽命很長(zhǎng)，“銀球”牌疏水閥內(nèi)部帶有Y系列自動(dòng)排空氣裝置，非常靈敏，能自動(dòng)排空氣，工作質(zhì)量高。
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熱動(dòng)力式疏水閥：
熱動(dòng)力式疏水閥內(nèi)有一個(gè)活動(dòng)閥片，既是敏感件又是動(dòng)作執(zhí)行件。根據(jù)蒸汽和凝結(jié)水通過(guò)時(shí)的流速和體積變化的不同熱力學(xué)原理，使閥片上下產(chǎn)生不同壓差，驅(qū)動(dòng)閥片開關(guān)閥門。漏汽率3%，過(guò)冷度為8℃-15℃。
當(dāng)裝置啟動(dòng)時(shí)，管道出現(xiàn)冷卻凝結(jié)水，凝結(jié)水靠工作壓力推開閥片，迅速排放。當(dāng)凝結(jié)水排放完畢，蒸汽隨后排放，因蒸汽比凝結(jié)水的體積和流速大，使閥片上下產(chǎn)生壓差，閥片在蒸汽流速的吸力下迅速關(guān)閉。當(dāng)閥片關(guān)閉時(shí)，閥片受到兩面壓力，閥片下面的受力面積小于上面的受力面積，因疏水閥汽室里面的壓力來(lái)源于蒸汽壓力，所以閥片上面受力大于下面，閥片緊緊關(guān)閉。當(dāng)疏水閥汽室里面的蒸汽降溫成凝結(jié)水，汽室里面的壓力消失。凝結(jié)水靠工作壓力推開閥片，凝結(jié)水又繼續(xù)排放,循環(huán)工作，間斷排水。
2. 圓盤式蒸汽保溫型疏水閥：
圓盤式蒸汽保溫型疏水閥的工作原理和熱動(dòng)力式疏水閥相同，它在熱動(dòng)力式疏水閥的汽室外面增加一層外殼。外殼內(nèi)室和蒸汽管道相通，利用管道自身蒸汽對(duì)疏水閥的主汽室進(jìn)行保溫。使主汽室的溫度不易降溫，保持汽壓，疏水閥緊緊關(guān)閉。當(dāng)管線產(chǎn)生凝結(jié)水，疏水閥外殼降溫，疏水閥開始排水；在過(guò)熱蒸汽管線上如果沒有凝結(jié)水產(chǎn)生，疏水閥不會(huì)開啟，工作質(zhì)量高。閥體為合金鋼，閥芯為硬質(zhì)合金，該閥最高允許溫度為550℃，經(jīng)久耐用，使用壽命長(zhǎng)，是高壓、高溫過(guò)熱蒸汽專用疏水閥。
3. 脈沖式疏水閥：
脈沖式疏水閥有兩個(gè)孔板根據(jù)蒸汽壓降變化調(diào)節(jié)閥門開關(guān)，即使閥門完全關(guān)閉入口和出口也是通過(guò)第一、第二個(gè)小孔相通，始終處于不完全關(guān)閉狀態(tài)，蒸汽不斷溢出，漏汽量大。該疏水閥動(dòng)作頻率很高，磨損厲害、壽命較短。
展開 疏水閥的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
疏水閥在蒸汽加熱系統(tǒng)中起到阻汽排水作用，選擇合適的疏水閥，可使蒸汽加熱設(shè)備達(dá)到最高工作效率。要想達(dá)到最理想的效果，就要對(duì)各種類型疏水閥的工作性能、特點(diǎn)進(jìn)行全面的了解。
疏水閥的品種很多，各有不同的性能。選用疏水閥時(shí)，首先應(yīng)選其特性能滿足蒸汽加熱設(shè)備的最佳運(yùn)行，然后才考慮其他客觀條件，這樣選擇你所需要的疏水閥才是正確和有效的。
疏水閥要能“識(shí)別”蒸汽和凝結(jié)水，才能起到阻汽排水作用。“識(shí)別” 蒸汽和凝結(jié)水基于三個(gè)原理：密度差、溫度差和相變。
于是就根據(jù)三個(gè)原理制造出三種類型的疏水閥，分類為機(jī)械型、熱靜力型、熱動(dòng)力型。
一、機(jī)械型疏水閥
機(jī)械型也稱浮子型，是利用凝結(jié)水與蒸汽的密度差，通過(guò)凝結(jié)水液位變化，使浮子升降帶動(dòng)閥瓣開啟或關(guān)閉，達(dá)到阻汽排水目的。
機(jī)械型疏水閥的過(guò)冷度小，不受工作壓力和溫度變化的影響，有水即排，加熱設(shè)備里不存水，能使加熱設(shè)備達(dá)到最佳換熱效率。最大背壓率為80%，工作質(zhì)量高，是生產(chǎn)工藝加熱設(shè)備最理想的疏水閥。
機(jī)械型疏水閥有自由浮球式、自由半浮球式、杠桿浮球式、倒吊桶式等。
1. 自由浮球式疏水閥
自由浮球式疏水閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部只有一個(gè)活動(dòng)部件精細(xì)研磨的不銹鋼空心浮球，既是浮子又是啟閉件，無(wú)易損零件，使用壽命很長(zhǎng)，“銀球”牌疏水閥內(nèi)部帶有Y系列自動(dòng)排空氣裝置，非常靈敏，能自動(dòng)排空氣，工作質(zhì)量高。
展開 各種蒸汽疏水閥原理動(dòng)圖
倒吊桶式疏水閥
倒吊桶式疏水閥內(nèi)部是一個(gè)倒吊桶為液位敏感件，吊桶開口向下，倒吊桶連接杠桿帶動(dòng)閥心開閉閥門。倒吊桶式疏水閥能排空氣，不怕水擊，抗污性能好。過(guò)冷度小，漏汽率小于3%，最大背壓率為75%，連接件比較多，靈敏度不如自由浮球式疏水閥。因倒吊桶式疏水閥是靠蒸汽向上浮力關(guān)閉閥門，工作壓差小于0.1MPA時(shí)，不適合選用。
雙金屬片式蒸汽疏水閥
雙金屬片式疏水閥是由雙金屬片感溫元件帶動(dòng)閥心進(jìn)行開關(guān)閥門。
當(dāng)裝置剛起動(dòng)時(shí)，管道出現(xiàn)低溫冷凝水，雙金屬片是平展的，閥芯在彈簧的彈力下處于開啟位置。當(dāng)冷凝水溫度漸漸升高，雙金屬片感溫元件開始彎曲變形，并把閥心推向關(guān)閉位置。在冷凝水達(dá)到飽和溫度之前，疏水閥完全關(guān)閉。閥前始終存有高溫凝結(jié)水，無(wú)蒸汽泄漏，節(jié)能效果好。
熱動(dòng)力式疏水閥
熱動(dòng)力式疏水閥是一種非常結(jié)實(shí)且工作方式簡(jiǎn)單的疏水閥。這種疏水閥靠閃蒸蒸汽經(jīng)過(guò)疏水閥時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力作用工作。
在啟動(dòng)階段，由于壓力的作用，碟片被頂起，冷凝水和空氣越過(guò)內(nèi)側(cè)閥座經(jīng)碟片下部從外圍出口的三個(gè)小孔排出。熱動(dòng)力式疏水閥內(nèi)有一個(gè)活動(dòng)閥片，既是敏感件又是動(dòng)作執(zhí)行件。根據(jù)蒸汽和凝結(jié)水通過(guò)時(shí)的流速和體積變化的不同熱力學(xué)原理，使閥片上下產(chǎn)生不同壓差，驅(qū)動(dòng)閥片開關(guān)閥門。
展開 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出具有自感知能力的超疏水材料
由于極強(qiáng)的斥水能力，超疏水材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于表面自清潔，水油分離以及抗腐蝕等多種領(lǐng)域。隨著超疏水材料的不斷發(fā)展，復(fù)雜的使用環(huán)境對(duì)其提出了更多功能性要求，如對(duì)外界環(huán)境的感知，對(duì)水滴的黏附力可控等等。然而，由于目前制備超疏水材料的原料多為高分子化合物（聚二甲基硅氧烷，聚丙烯等）或無(wú)機(jī)氧化物（二氧化鈦，氧化鋅等），這些原料多數(shù)并不能提供實(shí)現(xiàn)超疏水材料多功能的基礎(chǔ)性質(zhì)。因此，如何制備智能超疏水材料仍然是超疏水領(lǐng)域所面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所王榮國(guó)教授團(tuán)隊(duì)利用自組裝技術(shù)和沸騰浸泡的方法研制出一種對(duì)水滴具有可控黏附性的聚丙烯/石墨烯超疏水材料。更為重要的是，該材料能夠通過(guò)自身電阻的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)下落水滴的感知。這種智能超疏水材料有望被應(yīng)用于微液滴無(wú)損運(yùn)輸和感知外界雨滴。相關(guān)研究成果以“A self-sensing, superhydrophobic, heterogeneous graphene network with controllable adhesion behavior”為題發(fā)表在知名期刊Journal of Materials Chemistry A 期刊上，并被評(píng)選為2018 Journal of Materials Chemistry A HOT Papers。該論文第一作者為丁國(guó)民博士，矯維成教授為通訊作者。
圖1 具有不同聚丙烯涂層量的聚丙烯/石墨烯材料的形貌
該項(xiàng)研究以具有開孔微球結(jié)構(gòu)的石墨烯網(wǎng)絡(luò)為基底，利用沸騰浸泡的方法將聚丙烯涂覆在石墨烯基底表面。并且通過(guò)控制浸泡時(shí)間制備出了表面具有不同聚丙烯涂層量的材料。
圖2 不同聚丙烯/石墨烯材料的超疏水性，對(duì)水滴的黏附性及其在微量水滴定向無(wú)損運(yùn)輸方面的應(yīng)用。
展開 鋁基體超疏水微柱陣列的掩膜電解加工研究
（3）采用氟硅烷乙醇溶液對(duì)獲得的微柱陣列進(jìn)行低表面能修飾，獲得了接觸角超過(guò)150°的超疏水表面。
（4）根據(jù)Cassie-Baxter理論模型，發(fā)現(xiàn)掩膜電解加工構(gòu)建的超疏水微柱陣列的接觸角與Cassie-Baxter理論接觸角基本一致，并依靠這一關(guān)系，通過(guò)改變掩膜尺寸和電解加工參數(shù)可得到結(jié)構(gòu)尺寸與接觸角皆可控的超疏水微柱陣列。
圖1 掩膜電解加工技術(shù)在鋁金屬基體上加工超疏水微柱陣列的有限元仿真過(guò)程
圖2 掩膜電解加工技術(shù)構(gòu)建的鋁基體超疏水微柱陣列
結(jié)論
本文針對(duì)現(xiàn)有方法難以在金屬基體上構(gòu)建超疏水微柱陣列，提出采用掩膜電解加工技術(shù)加工鋁基體超疏水微柱陣列，并通過(guò)仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究得出了電解加工參數(shù)對(duì)微柱陣列尺寸及潤(rùn)濕性的影響規(guī)律，建立了微柱陣列尺寸及潤(rùn)濕性的調(diào)控方法。
前景與應(yīng)用
超疏水微柱陣列的應(yīng)用前景較大，如用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、固定翼飛機(jī)機(jī)翼和直升機(jī)旋翼槳葉上，可減少因結(jié)冰結(jié)霜造成的飛行阻力增大或空中停車等惡性事故；用于艦船和魚雷表面，可減小與水的摩擦阻力，抑制海洋生物附著，提高航行速度，節(jié)省能源；用于鋼結(jié)構(gòu)跨海橋梁、海上鉆井平臺(tái)及其他海洋工程裝備或設(shè)施上，可減少基體與腐蝕性液體的接觸面積，抑制海洋大氣腐蝕和海水腐蝕，提高裝備和設(shè)施壽命；用于高山地區(qū)冬季輸配電線路上，可減少因覆冰而導(dǎo)致的高壓輸電線路和輸電塔破壞事故；用于微型水面機(jī)器人上，可提高設(shè)備承載力，增加機(jī)器人的水面穩(wěn)定性和壽命；用于操作昂貴藥物液體儀器上，可減小液體和固體表面的粘附損失，實(shí)現(xiàn)液體無(wú)損轉(zhuǎn)移，節(jié)約成本。
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基于MS的超疏水表面接觸角研究（perl腳本方法）
沖洗著淤泥，顯微鏡下超疏水材料的表面結(jié)構(gòu)很粗糙，包上有包。不只是荷花上有，昆蟲的足上也有比如水黽，蚊子都能在水上行走而不劃破水面這就是因?yàn)槠渖厦娴某?em>疏水材料。超疏水材料有很大的發(fā)展前景：首先，可以自行清潔需要干凈的地方；還可以放在金屬表面防止水的腐蝕生銹；第三，基于對(duì)昆蟲的研究我們還可以使水上飛行成為可能，在船的表面加上超疏水膜減小阻力節(jié)省能源。有水就有油，超疏油的存在可以用于石油的分離，減少原油損失，而且可以用于石油輸送管道，使石油最大限度的使用，此外還可以放在排風(fēng)扇表面，保持其潔凈。
在表面防腐等技術(shù)研究中，不可避免的面臨對(duì)表面的濕潤(rùn)性的研究，而固體表面的潤(rùn)濕性能由化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)共同決定∶（1）表面幾何結(jié)構(gòu)有重要影響：具有微細(xì)粗糙結(jié)構(gòu)的表面可以有效的提高疏(親)水表面的疏（親）水性能。（2）化學(xué)組成結(jié)構(gòu)是內(nèi)因：低表面自由能物質(zhì)如含硅、含氟可以得到疏水的效果。研究表明，光滑固體表面接觸角最大為120°左右。
這里，涉及到接觸角θ的概念，當(dāng) θ>90°時(shí)表現(xiàn)為疏水性質(zhì)，θ<90°時(shí)表現(xiàn)為親水性質(zhì)。θ<5°的表面稱之為超親水性表面；θ>150°的表面稱之為超疏水性表面。那么，我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)ms實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸角的計(jì)算呢？這就需要perl腳本的幫助。下面將分享接觸角計(jì)算腳本。
首先第一步是構(gòu)建符合我們實(shí)驗(yàn)要求的結(jié)構(gòu)，如下結(jié)構(gòu)：
可以看出，我們的結(jié)構(gòu)包含液相層和固相層，我們也就是要研究油滴在固相層上的接觸情況，在經(jīng)過(guò)動(dòng)力學(xué)計(jì)算之后，我們獲得了體系的運(yùn)動(dòng)軌跡文件。
展開 ：穩(wěn)定的超疏水陶瓷基碳納米管復(fù)合脫鹽膜
海水濃縮水和工業(yè)高鹽廢水零排放是解決水污染和水資源危機(jī)，實(shí)現(xiàn)資源回收的重要途徑，是亟待解決的重要環(huán)境問(wèn)題。膜蒸餾法 (MD)是一種很有前途的高鹽廢水處理工藝，如果能夠充分利用工業(yè)余熱或廢熱等低品位熱源，膜蒸餾（MD）將極具競(jìng)爭(zhēng)力。MD的關(guān)鍵組成是一種穩(wěn)定的多孔疏水膜，具有大的液-氣界面，可有效地輸送水蒸氣，具有熱穩(wěn)定性和疏水穩(wěn)定性、抗浸潤(rùn)性和抗膜污染性。然而，目前聚合物或疏水改性無(wú)機(jī)膜的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是操作穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致一些問(wèn)題，如膜浸潤(rùn)、膜污染、通量和脫鹽率的下降。碳納米管(CNTs)具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，如高疏水性、大比表面積、良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械化學(xué)穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)電性等。因此，CNT可用作改性劑以改善包括MD在內(nèi)的分離應(yīng)用，但主要用于聚合物膜。國(guó)際上，如何開發(fā)新型膜材料，同時(shí)提高操作穩(wěn)定性和膜性能，是科學(xué)家們重點(diǎn)研究的挑戰(zhàn)性工程科學(xué)問(wèn)題之一。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，在大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院環(huán)境污染控制工程研究室董應(yīng)超教授（通訊作者）和合作者M(jìn)ichael D. Guiver教授（共同通訊作者）等團(tuán)隊(duì)帶領(lǐng)下，與香港大學(xué)（湯初陽(yáng)教授，大連理工大學(xué)海天學(xué)者）、美國(guó)和愛爾蘭的研究單位合作，針對(duì)難點(diǎn)問(wèn)題，創(chuàng)新地提出了一種超疏水陶瓷基碳納米管(CNT)脫鹽膜的總體概念設(shè)計(jì)和應(yīng)用策略，該膜具有特殊設(shè)計(jì)的膜結(jié)構(gòu)，充分利用碳納米管的疏水性、耐熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，具有前所未有的運(yùn)行穩(wěn)定性和超疏水性能，其中互連的CNT網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)化學(xué)氣相淀積（CVD）直接在陶瓷載體的表面和長(zhǎng)通道指狀大孔內(nèi)原位形成。通過(guò)對(duì)原位生長(zhǎng)的CNT進(jìn)行定量調(diào)控，構(gòu)筑了具有CNT網(wǎng)絡(luò)的超多孔超疏水表面結(jié)構(gòu)。在加速穩(wěn)定性試驗(yàn)下，完全覆蓋的CNT層(FC-CNT膜)在熱穩(wěn)定性和超疏水穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出顯著的改善。
展開 《Nature》子刊：超薄自修復(fù)疏水涂層！
目前，實(shí)現(xiàn)疏水涂層耐久性的最流行策略是通過(guò)將全氟化合物與機(jī)械性能強(qiáng)的基質(zhì)組合，以形成用于涂層保護(hù)的復(fù)合材料。基體結(jié)構(gòu)通常很大（厚度超過(guò)10μm），其難以擴(kuò)展到任意材料，并且與需要納米級(jí)厚度的應(yīng)用不兼容，例如傳熱、集水和海水淡化。
基于此，美國(guó)伊利諾伊大學(xué)Christopher M. Evans教授和Nenad Miljkovic教授基于納米級(jí)厚的和不含全氟化合物的聚二甲基硅氧烷玻璃化劑網(wǎng)絡(luò)鏈的交換而自愈的特性，從而成功的展示了持久的疏水性和超疏水性。聚二甲基硅氧烷玻璃化薄膜在被劃傷，切割和壓痕后仍保持優(yōu)異的疏水性和透光性。同時(shí)，聚二甲基硅氧烷玻璃化薄膜可以通過(guò)可擴(kuò)展的浸涂沉積在各種襯底上。與之前通過(guò)被動(dòng)堆疊保護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)厚的耐用疏水涂層的工作相比，這項(xiàng)工作提供了實(shí)現(xiàn)超薄（小于100 nm）耐用疏水薄膜的途徑。相關(guān)論文以題為“Ultra-thin self-healing vitrimer coatings for durable hydrophobicity”發(fā)表在Nature Commun。更多精彩視頻抖音搜索"材料科學(xué)網(wǎng)"。
展開 自然界那些神奇的現(xiàn)象——超疏水的魅力(轉(zhuǎn)載)
圖 1 Cassie與Wenzel狀態(tài)示意圖
由以上公式可知，Wenzel狀態(tài)下，增加粗糙度不會(huì)改變表面親疏水性，只會(huì)使疏水表面更疏水，親水表面更親水；當(dāng)處在Cassie狀態(tài)時(shí)，表觀接觸角顯著提升，更易實(shí)現(xiàn)超疏水狀態(tài)。
2. 靜態(tài)潤(rùn)濕狀態(tài)及典型生物特征
仿生制備超疏水表面，首先要對(duì)典型生物特征進(jìn)行分析，細(xì)致的觀察生物宏觀特性與微觀結(jié)構(gòu)特征之間的聯(lián)系，研究相應(yīng)的機(jī)理，對(duì)制備類似功能表面具有非常重要的意義。這方面的研究主要集中在2000-2010年，屬于超疏水相關(guān)早期研究。
自然界經(jīng)過(guò)上億年漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程，通過(guò)細(xì)胞的分化演化出了許多微觀上非常精密的結(jié)構(gòu)，使不同生物宏觀上表現(xiàn)出令人著迷的現(xiàn)象。圖 2展示了四種典型的靜態(tài)潤(rùn)濕狀態(tài)、相對(duì)應(yīng)的典型生物以及對(duì)其表面進(jìn)行的微米和納米級(jí)觀察。
圖 2 典型靜態(tài)潤(rùn)濕狀態(tài)及相應(yīng)代表性生物[1-3]
代變愛情的玫瑰熱烈而奔放，飽含水滴的花瓣在日光下折射出不同的光彩仿佛鉆石般璀璨，而這種現(xiàn)象，正得益于花瓣表面微米級(jí)的凸起與納米級(jí)褶皺的結(jié)合的結(jié)構(gòu)特征；雨中翩翩起舞的蝴蝶，正得益于翅膀表面微米級(jí)鱗片與納米級(jí)溝槽的復(fù)合；水面行走如履平地的水黽，其秘密就在于四條腿表面存在大量的微米級(jí)剛毛及其表面更加細(xì)微的納米姐溝槽；荷葉出淤泥而不染，主要因?yàn)楸砻娴奈⒓{復(fù)合凸起結(jié)構(gòu)。
3. 智能潤(rùn)濕行為及相應(yīng)生物特征
經(jīng)過(guò)早期對(duì)大量生物特性的研究，人們對(duì)超疏水的理解更加深入，相關(guān)研究進(jìn)入了第二個(gè)階段——針對(duì)特殊潤(rùn)濕現(xiàn)象的智能潤(rùn)濕行為研究。
單向運(yùn)輸：水稻
細(xì)心的學(xué)者發(fā)現(xiàn)水稻葉片存在液滴單向運(yùn)輸?shù)奶匦裕饕侵敢旱沃粫?huì)沿著葉片的長(zhǎng)度方向移動(dòng)，而不會(huì)在寬度方向移動(dòng)。
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