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从自然到仿生的超疏水纳米界面材料 被引量：168
1
作者 江雷 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第12期1258-1264,共7页
对荷叶及水稻叶的研究结果表明 :微米与纳米相结合的结构不仅可以产生较大的接触角 ,而且可以产生较小的滚动角 ;微米结构在表面的排列可以影响水滴的运动趋势。以这些从自然界获得的结果作为理论依据 。
关键词 超疏水 聚合物纳米纤维 碳纳米管膜 接触角 滚动角 各向异性
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从自然到仿生的超疏水纳米界面材料 被引量：110
2
作者 江雷 《科技导报》 CAS CSCD 2005年第2期4-8,共5页
浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构决定的。日前我们关于荷叶和水稻叶的研究显示,一种具有较大接触角和较小滚动角的超疏水表面,需要微米和纳米级的结构有机结合形成复合结构,而且表面微观结构的排列... 浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构决定的。日前我们关于荷叶和水稻叶的研究显示,一种具有较大接触角和较小滚动角的超疏水表面,需要微米和纳米级的结构有机结合形成复合结构,而且表面微观结构的排列方式会影响水滴的运动趋势。通过对水黾腿表面结构的详细研究,得到了超疏水性质与微、纳米结构取向之间的关系。据此,我们已成功制备出了超疏水和超双疏的纳米界面材料,并实现了热响应性和光响应的超疏水与超亲水可逆“开关”材料。 展开更多
关键词 超疏水 纳米界面材料 超亲水 浸润性 纳米结构 滚动角 表面微观结构 可逆 固体表面 光响应
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超疏水表面的研究进展 被引量：80
3
作者 赵宁 卢晓英 +3 位作者 张晓艳 刘海云 谭帅霞 徐坚 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2007年第6期860-871,共12页
表面的浸润性是决定材料应用的一个重要性质,许多物理化学过程,如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的浸润性密切相关。近年来,由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了... 表面的浸润性是决定材料应用的一个重要性质,许多物理化学过程,如吸附、润滑、黏合、分散和摩擦等均与表面的浸润性密切相关。近年来,由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注。本文综述了超疏水表面研究的新进展:简单介绍了表面浸润性的表征手段和影响因素,归纳了超疏水表面的制备方法和相关的理论分析,对超疏水表面研究的发展进行了展望。 展开更多
关键词 超疏水 仿荷叶 多级结构 滞后 接触角 滚动角
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天然超疏水生物表面研究的新进展 被引量：73
4
作者 高雪峰 江雷 《物理》 CAS 北大核心 2006年第7期559-564,共6页
文章简要地论述了表面浸润性的基本理论,介绍了几种天然超疏水生物表面最新的研究进展,包括荷叶、蝉翼、水稻叶以及水黾腿,特别介绍了作者的研究小组利用从壁虎脚高黏附力获得的灵感仿生制备出一种对水滴具有高黏附的超疏水阵列聚苯乙... 文章简要地论述了表面浸润性的基本理论,介绍了几种天然超疏水生物表面最新的研究进展,包括荷叶、蝉翼、水稻叶以及水黾腿,特别介绍了作者的研究小组利用从壁虎脚高黏附力获得的灵感仿生制备出一种对水滴具有高黏附的超疏水阵列聚苯乙烯纳米管材料,最后对超疏水材料的研究趋势作了展望. 展开更多
关键词 超疏水 荷叶 水黾 微纳米分级机构
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表面微细结构制备超疏水表面 被引量：58
5
作者 郑黎俊 乌学东 +1 位作者 楼增 吴旦 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第17期1691-1699,共9页
超疏水是指固体表面上水的表观接触角超过150的一种特殊表面现象, 本文从热力学角度评述了导致超疏水状态的两种理论模型: Wenzel模型和Cassie模型, 讨论了表面微细结构对超疏水状态的影响以及Wenzel和Cassie两种状态之间的内在联系. We... 超疏水是指固体表面上水的表观接触角超过150的一种特殊表面现象, 本文从热力学角度评述了导致超疏水状态的两种理论模型: Wenzel模型和Cassie模型, 讨论了表面微细结构对超疏水状态的影响以及Wenzel和Cassie两种状态之间的内在联系. Wenzel和Cassie是两种可以同时共存的超疏水状态, 在一定条件下可以实现从Cassie到Wenzel状态的不可逆转变, 而这两者在接触角滞后中表现出截然不同的性质. 概括和总结了通过设计表面微细结构来达到超疏水表面的制备策略, 并对超疏水表面在现代工程领域内的应用前景作了展望. 展开更多
关键词 固体表面 接触角 表面现象 热力学 不可逆 状态 性质 超疏水 制备 理论模型
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铝合金基体上超疏水表面的制备 被引量：68
6
作者 李艳峰 于志家 +2 位作者 于跃飞 霍素斌 宋善鹏 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期6-10,共5页
采用简单化学刻蚀的方法制备出多晶铝合金基体上的超疏水表面。刻蚀后的铝合金表面经过氟化处理后具有了超疏水的性质,水滴与表面的接触角达到156°,接触角滞后为5°。通过对表面进行扫描电镜分析可知,超疏水铝合金表面上具有... 采用简单化学刻蚀的方法制备出多晶铝合金基体上的超疏水表面。刻蚀后的铝合金表面经过氟化处理后具有了超疏水的性质,水滴与表面的接触角达到156°,接触角滞后为5°。通过对表面进行扫描电镜分析可知,超疏水铝合金表面上具有了由长方体状的凸台和凹坑构成的深浅相间的微纳米结构,这些微纳米结构相互连通形成凹凸不平的"迷宫"结构,这种结构经氟化修饰后,可捕获空气,形成水与基底之间的气垫,对表面超疏水性的产生起到了关键的作用。文中对铝合金基体上的超疏水现象以Cassie理论进行了分析,结果表明,水与表面形成了非均匀接触,约12%的面积是水滴和基体接触,而有约88%的面积是水滴和空气接触。研究中考查了不同刻蚀时间以及不同刻蚀液浓度对表面疏水效果的影响。最佳制备条件为:盐酸溶液浓度为4.0mol·L·1,刻蚀时间为12min。 展开更多
关键词 超疏水 接触角 微纳米结构 化学刻蚀
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仿生超疏水性表面的研究进展 被引量：47
7
作者 郭志光 刘维民 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2006年第6期721-726,共6页
仿生超疏水性表面的研究是化学模拟生物体系研究中的一个新领域。荷叶等植物叶面的超疏水现象为我们在不同基底上制备仿生超疏水性表面提供了实践基础。本文给出荷叶等三种植物叶面的超疏水性和微观结构,阐述了仿生超疏水性表面的研究... 仿生超疏水性表面的研究是化学模拟生物体系研究中的一个新领域。荷叶等植物叶面的超疏水现象为我们在不同基底上制备仿生超疏水性表面提供了实践基础。本文给出荷叶等三种植物叶面的超疏水性和微观结构,阐述了仿生超疏水性表面的研究进展。 展开更多
关键词 荷叶效应 超疏水 接触角 双重结构 纳米材料
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溶胶凝胶法制备仿生超疏水性薄膜 被引量：45
8
作者 郭志光 周峰 刘维民 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2006年第8期761-766,共6页
通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和自组装(Self-assembled)制备了具有超疏水性的薄膜,水滴在该薄膜上的平衡静态接触角为155°～157°,滑动角为3°～5°.通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜微观表面,发现该薄膜表面分布了双层结... 通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法和自组装(Self-assembled)制备了具有超疏水性的薄膜,水滴在该薄膜上的平衡静态接触角为155°～157°,滑动角为3°～5°.通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜微观表面,发现该薄膜表面分布了双层结构(Binarystructure)的微纳米粗糙度的微凸体,上表层微米微凸体的平均直径为0.2μm,下表层纳米微凸体的平均直径约为13nm,其分布与荷叶表面的结构极其相似.用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜表面元素进行了成分分析,结果表明,其表面存在大量的F,Cl等元素,它能显著降低薄膜表面的表面能.薄膜超疏水性的原因可能是,通过硅片经溶胶粒子表面制备的薄膜具有合适的表面粗糙度,再经过全氟辛基三氯甲硅烷(FOTMS)化学修饰后,薄膜表面能进一步降低,这两个条件的有机结合就使得薄膜产生了超疏水性. 展开更多
关键词 溶胶-凝胶 自组装 薄膜 超疏水 接触角
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碳纳米管阵列超双疏性质的发现 被引量：27
9
作者 翟锦 李欢军 +2 位作者 李英顺 李书宏 江雷 《物理》 CAS 北大核心 2002年第8期483-486,共4页
用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜 ,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究 .对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜 ,文章作者发现 ,在未经任何处理时 ,其表现出超疏水和超亲油性质 ,与水的接触角... 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜 ,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究 .对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜 ,文章作者发现 ,在未经任何处理时 ,其表现出超疏水和超亲油性质 ,与水的接触角为 15 8 5± 1 5° ,与油的接触角为 0± 1 0°.经氟化处理后 ,则表现出超双疏性质 ,与水和油的接触角分别为 171± 0 5°和 16 1± 1 0° .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜 ,其表面形貌与荷叶的十分接近 ,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近 ,与水的接触角为 16 6° ,滚动角为 8° .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的 .这一发现为无氟超疏水表面 展开更多
关键词 碳纳米管阵列 超双疏性质 阵列碳纳米管膜 超疏水 超双疏材料 纳米结构 浸润性
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静电纺丝制备超疏水TiO2纳米纤维网膜 被引量：44
10
作者 王丽芳 赵勇 +1 位作者 江雷 王佛松 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期731-734,共4页
采用静电纺丝技术构筑粗糙表面,再使用廉价的低表面能物质硅油在煅烧过程中进行同步修饰,制备出接触角大于150°,滚动角小于5°的TiO2超疏水表面.该超疏水表面具有由TiO2纳米纤维和微米尺寸颗粒状硅油高温分解产物织构而成的纳... 采用静电纺丝技术构筑粗糙表面,再使用廉价的低表面能物质硅油在煅烧过程中进行同步修饰,制备出接触角大于150°,滚动角小于5°的TiO2超疏水表面.该超疏水表面具有由TiO2纳米纤维和微米尺寸颗粒状硅油高温分解产物织构而成的纳米纤维网膜结构,这种特殊的微纳米复合粗糙结构和疏水性硅油分解产物的修饰作用导致TiO2纳米纤维网膜的超疏水性.这种超疏水的TiO2材料为超疏水材料在防水织物、无损失液体运输和微流体等领域的应用提供了新的研究视野. 展开更多
关键词 二氧化钛 超疏水 纳米纤维 静电纺丝
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利用软模板和紫外光固化技术制备超疏水表面 被引量：38
11
作者 刘斌 傅叶勍 +2 位作者 阮维青 和亚宁 王晓工 《高分子学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2008年第2期155-160,共6页
研究了一种制备超疏水表面的新方法.该方法以复制了荷叶表面结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为软模板.利用可紫外光交联预聚物在模板压印条件下固化成型,得到了具有微乳突结构的仿荷叶表面.制备的仿荷叶表面表现出了超疏水性能.通过... 研究了一种制备超疏水表面的新方法.该方法以复制了荷叶表面结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体为软模板.利用可紫外光交联预聚物在模板压印条件下固化成型,得到了具有微乳突结构的仿荷叶表面.制备的仿荷叶表面表现出了超疏水性能.通过对紫外光固化体系中的单体含量、交联剂含量、引发剂含量、以及紫外曝光时间等因素的研究,得到了使仿荷叶表面的疏水性优化的条件. 展开更多
关键词 软模板 超疏水 接触角 紫外光固化 聚二甲基硅氧烷(PDMS)
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花生叶表面的高黏附超疏水特性研究及其仿生制备 被引量：42
12
作者 邱宇辰 刘克松 江雷 《中国科学：化学》 CAS CSCD 北大核心 2011年第2期403-408,共6页
花生是一种常见的豆科作物.与低黏附超疏水的荷叶不同,花生叶表面同时具有超疏水和高黏附特性.水滴在花生叶表面的接触角为151±2°,显示出超疏水特性.此外,水滴可以牢固地附着在花生叶表面,将花生叶翻转90°甚至180°... 花生是一种常见的豆科作物.与低黏附超疏水的荷叶不同,花生叶表面同时具有超疏水和高黏附特性.水滴在花生叶表面的接触角为151±2°,显示出超疏水特性.此外,水滴可以牢固地附着在花生叶表面,将花生叶翻转90°甚至180°,水滴均不会从表面滚落,显示了良好的黏附性(黏附力超过80μN).研究发现,花生叶表面呈现微纳米多级结构,丘陵状微米结构表面具有无规则排列的纳米结构.花生叶表面特殊的微纳米多尺度结构是其表面呈现高黏附超疏水特性的关键因素.结合实验数据,对花生叶表面特殊浸润性机理进行了简要阐述.受此启发,利用聚二甲基硅氧烷复形得到了与花生叶表面微结构类似的高黏附疏水表面.本文以期为仿生制备高黏附超疏水表面提供新思路. 展开更多
关键词 仿生 受生物启发 超疏水 高黏附 花生叶
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超疏水自清洁涂层防结冰技术的研究进展 被引量：42
13
作者 杨钦 罗荘竹 +3 位作者 谭生 罗一旻 张招柱 刘维民 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期10-22,共13页
仿生超疏水自清洁涂层是表面工程领域的前沿课题,在电力、通信等领域防结/覆冰雪方面显示出重要的工程应用前景。文中主要围绕"工程适用性",在总结国内外典型"多步法"制备超疏水表面的发展历程及局限性基础上,重点... 仿生超疏水自清洁涂层是表面工程领域的前沿课题,在电力、通信等领域防结/覆冰雪方面显示出重要的工程应用前景。文中主要围绕"工程适用性",在总结国内外典型"多步法"制备超疏水表面的发展历程及局限性基础上,重点介绍了新发展的"一步法"的优势及研究进展,并论述了超疏水涂层在工程应用性能方面的研究成果。进一步结合自然低温结冰环境,对比分析了国内外结冰测试方法的优点与不足,探讨了超疏水表面结冰/脱冰行为的理论及应用研究的最新进展,简要介绍了超疏水涂层防结冰工程示范的新成果,并展望了其于工程防结冰领域面临的挑战以及未来发展方向。 展开更多
关键词 超疏水 自清洁 低温冻雨 防结冰 工程应用
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飞秒激光制备超疏水铜表面及其抗结冰性能 被引量：42
14
作者 龙江游 吴颖超 +4 位作者 龚鼎为 范培迅 江大发 张红军 钟敏霖 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期156-163,共8页
超疏水表面的制备及其抗结冰性能受到广泛关注,但超疏水表面的微观结构及浸润性能对其抗结冰性能的影响规律仍无定论。利用飞秒激光在金属铜表面制备了一系列具有不同微观特征的微纳米结构,这些表面经过化学修饰后都具有超疏水性,同时... 超疏水表面的制备及其抗结冰性能受到广泛关注,但超疏水表面的微观结构及浸润性能对其抗结冰性能的影响规律仍无定论。利用飞秒激光在金属铜表面制备了一系列具有不同微观特征的微纳米结构,这些表面经过化学修饰后都具有超疏水性,同时对水具有不同的粘附性。系统研究了这些超疏水表面的抗结冰性能,结果表明,这些超疏水表面在低温(-5℃,-10℃)下都能延缓表面水滴的结冰过程。超疏水表面对水的粘附性对其抗结冰性能有显著影响,粘附性较小的超疏水表面比高粘附的超疏水表面具有更为优异的抗结冰性能。 展开更多
关键词 材料 超疏水 水粘附性 抗结冰 飞秒激光 铜
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稳定超疏水性表面的理论进展 被引量：41
15
作者 王奔 念敬妍 +2 位作者 铁璐 张亚斌 郭志光 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第14期362-376,共15页
自然界中很多动植物都具有稳定的超疏水性,它们既拥有高接触角,又拥有低滚动角,且能长期稳定存在.通过对它们的研究,发现表面的润湿性与表面的化学成分、表面的几何形貌有关,并且表面几何结构的影响更为显著,甚至可以实现由亲水性表面... 自然界中很多动植物都具有稳定的超疏水性,它们既拥有高接触角,又拥有低滚动角,且能长期稳定存在.通过对它们的研究,发现表面的润湿性与表面的化学成分、表面的几何形貌有关,并且表面几何结构的影响更为显著,甚至可以实现由亲水性表面向超疏水转变.虽然目前在这个领域已经有大量的实验验证了表面粗糙结构的重要作用,但是对于表面微纳米结构对表面疏水性机理的理论研究还并不完善.本文详细介绍了超疏水表面的基本理论及其适用性、接触角滞后现象,分别从经典理论和能量的观点探讨了润湿状态转化发生的条件,重点介绍了通过仿生理念对表面几何形貌的优化设计,包括单尺度和多尺度表面结构对于设计稳定超疏水表面的作用.最后,对超疏水理论的不足和未来发展进行了展望. 展开更多
关键词 超疏水 仿生 接触角 滞后
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仿生智能浸润性表面研究的新进展 被引量：38
16
作者 杜晨光 夏帆 +3 位作者 王树涛 王京霞 宋延林 江雷 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期421-431,共11页
简要介绍了固体表面浸润性的概念及近年来的相关理论研究成果,并概述了自然界中具有特殊浸润性表面的生物体典型实例以及仿生制备的特殊浸润性表面和智能响应表面,展望了具有特殊浸润性表面的研究方向.
关键词 超疏水 超亲水 仿生 智能响应 开关表面
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超疏水表面材料的制备与应用 被引量：37
17
作者 陈俊 王振辉 +5 位作者 王玮 毅男 张旺 尚文 张荻 邓涛 《中国材料进展》 CAS CSCD 2013年第7期399-405,441,共8页
仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,因此表现出自清洁、防污染等一系列优异性能。在荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下,仿生超疏水表面材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构,更主要的是制... 仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,因此表现出自清洁、防污染等一系列优异性能。在荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下,仿生超疏水表面材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构,更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面,从而获得既有疏水自清洁性,同时强度、耐热、耐酸碱等性能又十分优异的新材料。该类材料在国防、工业、农业、医学和日常生活中均有广阔的应用前景。从超疏水材料纳米界面的结构出发,分析材料的疏水原理及其制备方法,介绍了近几年来该材料的研究进展以及在管道无损运输、房屋建筑和防水等应用领域的探索,展望了其未来的应用方向和前景。 展开更多
关键词 超疏水 纳米结构 自清洁 仿生
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控制表面氧化法制备超疏水CuO纳米花膜 被引量：32
18
作者 钱柏太 沈自求 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期747-752,共6页
采用含有过硫酸钾氧化剂和氢氧化钾的水溶液处理金属铜表面,再经空气中加热后, 在铜表面上得到了一层具有花朵状纳米结构的CuO膜．每朵纳米花由数十个长约2μm、宽约 120nm、厚约12nm的CuO纳米片自组装而成．纳米花膜经氟化处理后表现... 采用含有过硫酸钾氧化剂和氢氧化钾的水溶液处理金属铜表面,再经空气中加热后, 在铜表面上得到了一层具有花朵状纳米结构的CuO膜．每朵纳米花由数十个长约2μm、宽约 120nm、厚约12nm的CuO纳米片自组装而成．纳米花膜经氟化处理后表现出超疏水性,接触角达到约158°．文中初步提出了纳米花形态的生长机制,并用Cassie理论对膜的润湿性进行了分析． 展开更多
关键词 超疏水 氧化铜 纳米花 润湿性
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仿生表面减阻的研究现状与进展 被引量：36
19
作者 马付良 曾志翔 +2 位作者 高义民 刘二勇 薛群基 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期7-15,共9页
仿生表面减阻是众多减阻方法中非常有前景的减阻方式。目前研究最多的是仿生鲨鱼皮减阻和仿生超疏水表面减阻,其中仿生鲨鱼皮表面减阻又分为直接复刻鲨鱼皮表面的盾鳞结构和仿鲨鱼皮沟槽减阻。文中介绍了国内外关于仿生减阻的最新研究... 仿生表面减阻是众多减阻方法中非常有前景的减阻方式。目前研究最多的是仿生鲨鱼皮减阻和仿生超疏水表面减阻,其中仿生鲨鱼皮表面减阻又分为直接复刻鲨鱼皮表面的盾鳞结构和仿鲨鱼皮沟槽减阻。文中介绍了国内外关于仿生减阻的最新研究进展及成果,综述了仿生鲨鱼皮表面减阻和仿生超疏水表面减阻的研究现状,探讨了仿生表面减阻未来的发展方向和研究重点。虽然仿生超疏水表面一般都具有粗糙的表面微纳结构以及较低的表面能,但不是所有的超疏水表面都具有减阻效果,因此超疏水表面的减阻效果还需要一个度量标准。 展开更多
关键词 仿生 表面减阻 鲨鱼皮 超疏水
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超疏水表面技术在腐蚀防护领域中的研究进展 被引量：35
20
作者 钱鸿昌 李海扬 张达威 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期15-24 30,30,共11页
提高材料表面疏水性有利于降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。近年来,超疏水表面由于其非润湿性、自清洁性等特殊表面性质而受到广泛的关注,并且越来越多的研究已经将超疏水表面应用于腐蚀防护领域。材料表... 提高材料表面疏水性有利于降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。近年来,超疏水表面由于其非润湿性、自清洁性等特殊表面性质而受到广泛的关注,并且越来越多的研究已经将超疏水表面应用于腐蚀防护领域。材料表面的浸润性主要取决于表面化学性质及表面微观结构,因此提高材料表面的疏水性也往往通过降低材料的表面能、改变表面微观结构这两个方面入手。阐述了超疏水表面的浸润性机理,介绍了不同建立表面微观粗糙结构,增强材料疏水/超疏水性的方法,总结了超疏水表面技术在腐蚀防护领域的最新进展和存在的一些问题,并展望了超疏水防腐表面技术的未来发展方向。 展开更多
关键词 超疏水 涂层表面改性 腐蚀防护
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