中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽 合肥 230026
特殊浸润性表面在众多应用领域都发挥着重要作用，因而它的制备不论是在基础科学研究领域还是在工程实际应用方面都具有重要意义。可加工材料广泛以及擅长微纳结构精细设计的优势使飞秒激光成为一种制备各种超浸润微结构表面的有效工具。本综述系统总结了飞秒激光微加工技术在调控材料表面浸润性方面的研究进展。基于飞秒激光对材料表面微纳结构的设计和改性，可以实现超亲水与超疏水性、超疏油性、水下超疏气与超亲气性、液体灌注超滑表面、水下超疏聚合物性、超疏液态金属性、可调黏滞性、各向异性浸润性、智能可调浸润性等一系列极端浸润性质。这些特殊的浸润性使得飞秒激光作用后的材料获得了一系列实际应用，如防水/防油/防气、自清洁、液滴操控、液体图案化、浮力增强、微小液滴/气泡释放、油水分离、水气分离、防结冰、防腐蚀、水下减阻、水雾收集、微流控、柔性电路/电子器件、细胞工程、生物医疗、海水淡化、表面增强拉曼散射等。最后，本文总结讨论了飞秒激光调控材料表面浸润性技术的突出优势以及当前所面临的挑战。
1 九江职业技术学院 电气工程学院, 江西 九江 330007
2 重庆理工大学 光纤传感与光电检测重庆市重点实验室, 智能光纤感知技术重庆市高校工程研究中心, 重庆 400054
为了实现液相中氢气体积分数的准确检测, 该文利用钯、氧化硅超疏水溶胶和倾斜光纤光栅制备了氢气传感器。首先, 在倾斜光纤光栅表面采用磁控溅射法涂覆了一层致密的钯膜, 用于响应氢气体积分数变化信息; 然后, 采用镀膜提拉法在钯膜表面涂覆一层氧化硅超疏水膜, 用于阻止水分子进入钯膜内部, 导致钯膜从光纤表面脱落, 进而增强了传感器在液相环境下运行的稳定性。实验研究了钯膜厚度对传感器氢敏响应特性的影响, 并利用传感器对液相中的氢气体积分数进行了检测。研究结果表明, 传感器能准确响应液相中氢气体积分数的变化信息, 当钯膜厚度为120 nm时, 灵敏度达到-15.29 pm/%, 最大相对误差为8.67%。
倾斜光纤光栅 传感器 液相 氢气浓度 钯膜 超疏水涂膜 tilted fiber grating sensor liquid phase H2 concentration palladium film superhydrophobic coating film
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710061
本文制备得到一种由金银合金纳米颗粒修饰的疏水性纸基表面等离激元增强拉曼光谱衬底, 兼具高密度的纳米颗粒分布和高分子检测灵敏度, 在痕量检测领域具有一定的研究意义。实验上将不同合金比的金银合金纳米颗粒组装到经过疏水处理的滤纸基底上, 以改善衬底的表面等离激元特性。并通过调控沉积循环次数, 制备得到高密度纳米颗粒沉积的疏水纸基衬底。光谱表征结果表明, 所制备衬底能够实现罗丹明6G和结晶紫探针分子的检测极限分别为10-10 M以及10-8 M;衬底对福美双分子的检测极限可达10-7 M。
表面增强拉曼光谱 疏水 滤纸 金银合金纳米颗粒 Surface enhanced Raman spectroscopy Hydrophobic Filter paper Au-Ag nanoparticles
氧化锆陶瓷以其优异的力学性能和生物相容性被广泛用作牙科修复材料。通过表面改性工艺调控氧化锆陶瓷的表面润湿性，可以进一步拓展其在不同领域的应用。基于此，笔者提出了一种高效、低成本的激光加工+硅油修饰+热处理复合工艺，并采用该工艺制备了超疏水氧化锆陶瓷表面。首先通过纳秒激光加工在氧化锆陶瓷表面诱导出周期性多级微纳结构，而后利用硅油异丙醇混合溶液（硅油体积分数为0.4%）修饰+低温热处理来降低激光处理后氧化锆陶瓷的表面能，制备出了表面接触角高达153.8°具有超疏水特性的氧化锆陶瓷。加工前的氧化锆陶瓷的接触角为80.4°±2.1°，展现出亲水性；经纳秒激光加工后，液滴完全浸润表面，接触角变为0°，表面转变为超亲水表面。采用硅油异丙醇混合溶液修饰+低温热处理工艺实现了表面超亲水特性向超疏水特性的转变。超疏水氧化锆陶瓷在空气环境和胶带剥离实验中分别保持了优秀的稳定性和耐久性。通过改变激光的扫描速度及扫描间距可以精准调控液滴在材料表面的润湿性和黏附性。所提方法相较于传统激光加工方法提高了制备效率，降低了生产成本，有望扩展超疏水氧化锆陶瓷在医疗领域的应用。
激光技术 氧化锆陶瓷 超疏水表面 激光加工 微纳结构 表面化学 黏附性 中国激光
2023, 50(16): 1602210
太原理工大学 化学化工学院, 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 太原 030024
常见的吸附剂如13X等的硅铝比较低, 具有较强的亲水性, 但水和有机挥发份(VOCs)之间的竞争吸附, 常常会影响吸附剂对VOCs实际脱除效果。本研究利用CTABr为模板剂, 正硅酸乙酯为硅源, 对13X进行表面修饰, 制备了以13X为核, 介孔硅为壳的核壳复合材料13X@SiO2, 并以甲苯作为探针分子在穿透实验装置对改性前后沸石分别进行干/湿条件下的吸附性能测试。结果表明: 在干燥条件下, 13X@SiO2-2.6样品(制备中添加了2.6 mL正硅酸乙酯)相比13X原样的吸附量提升了18%左右。在30%和50%相对湿度下, 13X@SiO2的最优吸附容量分别提高了约53%和90%; 循环再生实验表明13X@SiO2-2.6样品经2次再生后仍保持初始样品90%的甲苯吸附量。
核壳结构 复合材料 疏水改性 有机物挥发性 吸附 core-shell structure composite material hydrophobic modification volatile organic compounds adsorption
1 楚雄师范学院云南省高校分子光谱重点实验室, 云南楚雄 675000
2 楚雄师范学院光谱应用技术研究所, 云南楚雄 675000
本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质, 用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测, 当R6G的浓度稀释到 5×10-11 mol/L时都有很明显的特征峰, 说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究, 发现其增强程度差别不大, 于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测, 发现其检测限度可达5×10-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10-7 mol/L)的最大残留限量, 可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单, 在普通实验室就能完成, 有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。
银纳米粒子 超疏水 表面增强 福美双 Ag nanoparticles Super hydrophobicity Surface Enhancement Thiram
1 1.中国科学院理化技术研究所 低温工程重点实验室, 北京 100190
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
具有分级结构的BN纳米薄膜展现出优异的超疏水性, 但由于该薄膜的制备过程复杂、成本昂贵, 不适宜大规模的生产和应用。与之相比, 基于疏水BN粉体的超疏水涂层的应用会更为便捷。本研究采用镁热还原氮化燃烧合成法结合酸洗工艺制备了疏水的单相BN粉体, 水接触角为(144.6±2.4)°, 疏水性可以归因于BN粉体颗粒具有的微纳分级结构。在此基础上, 以这种燃烧合成的疏水BN粉体为填料制备的BN/氟硅树脂复合涂层进一步表现出超疏水性, 其中质量分数30% BN/FSi树脂涂层的水接触角为(151.2±0.7)°, 滚动角约为8°。该涂层与文献报道的通过CVD方法制备的BN纳米薄膜的性能相当, 但工艺更加简单。这是一种利用陶瓷粉体的疏水性来制备超疏水有机无机复合涂层的简便易行的新方法, 有望获得广泛的工程应用。
燃烧合成 BN 疏水 超疏水涂层 combustion synthesis BN hydrophobicity super-hydrophobic coating
中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
自发凝固成型是一种新型的陶瓷浆料原位固化成型方法, 通过吸附在陶瓷颗粒表面的分子链间弱作用(氢键, 疏水作用)实现浆料的固化, 具有普适性和适于常温大气环境操作的特点, 已成为先进陶瓷制备领域的研究热点。本文简述发现兼具分散和凝固功能的阴离子型高分子分散剂的历程, 以及自发凝固成型与其它原位固化成型的异同。在此基础上, 基于疏水作用设计合成了系列自发凝固成型剂, 进而满足以不同尺寸颗粒为原料的致密陶瓷和泡沫陶瓷的自发凝固成型。综述了面向实际应用所开发的陶瓷无界面连接、晶粒定向构造、干燥脱水等关键技术, 以及致密陶瓷和泡沫陶瓷制备等研发进展, 展望了未来自发凝固成型的发展方向。
自发凝固成型 注凝成型 陶瓷浆料 疏水作用 氧化铝 致密陶瓷 泡沫陶瓷 综述 spontaneous coagulation casting gelcasting ceramic slurry hydrophobic interaction alumina dense ceramics porous ceramics review
1 福建技术师范学院材料与环境工程学院，福建 福清 350300
2 武夷学院生态与资源工程学院，福州 350007
将光催化活性与超疏水性相结合，一方面通过超疏水作用将污染物通过水珠滚动带走，另一方面通过光催化作用将有机污染物去除，有望具有更好的自清洁效果。通过溶液浸涂法在多孔铝表面涂覆三烷氧基端聚二甲基硅氧烷/二氧化钛(PDMS/TiO2)涂层(APT)。红外光谱和X射线光电子能谱表明TiO2和PDMS之间形成新的键(Ti-O-Si)。扫描电子显微镜和能谱分析结果表明：表面的片层错层结构和低表面能组分PDMS使APT具有超疏水性。APT静态水接触角为161.6°，滚动角小于10°。此外，该涂层在紫外持续照射24 h接触角仍然大于150°，说明APT具有稳定的超疏水性。同时，APT具有光催化活性，可降解和去除表面有机物染料小分子。
超疏水 光催化 自清洁 复合涂层 superhydrophobicity photocatalysis self-cleaning composite coating
1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 河北省沙河玻璃技术研究院, 河北 邢台 054000
采用化学刻蚀法, 在钠钙硅玻璃表面进行化学刻蚀。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备纳米二氧化硅颗粒, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)控制其团聚度, 然后在化学刻蚀后的玻璃表面喷涂不同团聚度的纳米二氧化硅颗粒, 构建多级微纳结构, 进一步经全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)修饰, 获得超疏水玻璃表面。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪等测试方法对涂层的微观形貌、润湿性等进行了表征。结果表明: 所制备的玻璃表面具备牢固的超疏水特性, 经过600目砂纸循环摩擦50次后仍可保持水接触角为156.13°±2°。玻璃表面的超疏水性归因于低表面能物质PFTS和表面微纳结构的共同作用, 其较好的耐磨性归因于玻璃表面刚性的微米级粗糙结构与喷涂的纳米级SiO2颗粒在玻璃表面堆积形成的结构相互交错, 构成了更为耐磨的微-纳结构。
化学刻蚀 超疏水 纳米二氧化硅 耐磨性 喷涂法 chemical etching superhydrophobic nano-silica wear resistance spraying method
