一种新型仿生-再造超疏水表面的制备与表征

一种新型仿生-再造超疏水表面的制备与表征本文介绍了一种新型仿生-再造超疏水表面的制备与表征方法。该方法采用了复合结构的叶状硅基体，并利用化学处理和材料表面修饰技术，使其表面具有微小的凹陷和孔洞结构，从而实现了超疏水效果。同时，本文也对该表面运用了多种分析手段进行表征。

1.研究背景

超疏水表面是一种具有众多应用前景的先进表面结构，在多个领域都有重要的应用价值。例如，在石油、化工等工业领域中，超疏水表面可以作为防晒材料、防腐蚀材料和耐磨材料等的重要组成部分；在医疗和生物领域，超疏水表面可以作为生物传感器、细胞培养基贴附材料等的理想选择。虽然目前已有多种制备超疏水表面的方法，但其中一部分具有制备成本高、性能不稳定等缺陷，且多数方法并未充分考虑仿生的思路，因此需要更高效、简便的制备方法。

2.制备方法

本研究制备超疏水表面采用了仿生-再造的思路，即构建仿生表面结构并通过化学处理和表面修饰实现超疏水效果。具体步骤如下：

(1)制备复合结构的叶状硅基体。本实验采用了水热法合成的SiO2和电化学沉积法生成的NiSi棕黑色涂层作为基体。然后利用浸泡、沉积等方法，将NiSi棕黑色涂层附着在SiO2基体上，形成叶状硅基体。

(2)化学处理。将叶状硅基体浸泡在70％的氢氧化钠(NaOH)溶液中，处理时间为1h。这会引起NiSi棕黑色涂层与SiO2基体之间的化学反应，消除了NiSi的活性表面，表面粗糙度增加。完成处理后，使用去离子水和无尘纸将样品冲洗干净。

(3)表面修饰。使用氧气等离子体放电处理和沉积法在叶状硅基体表面修饰过渡金属硅氮化物(MeSiNx，Me为Zr、Ti)负载纳米颗粒。这些纳米颗粒能够进一步增加叶状硅基体表面的粗糙度和孔洞结构，实现超疏水效果。

3.表征结果

本研究采用多种表征手段来分析制备的超疏水表面的性质，包括扫描电子显微镜(SEM)、接触角仪和持水实验等方法。

(1)SEM图像表明，经过化学处理和表面修饰后，叶状硅基体表面形成了大小不同的凹陷和孔洞结构。这种表面结构在两种基体上都可以观察到，并且与大小和分布有关的元件尺寸相关。

(2)接触角测量表明，经过化学处理和表面修饰后，叶状硅基体表面的接触角提高到了164.2度，表现出良好的超疏水性能。这说明制备方法能够有效提高基体的表面疏水性，使水以大的接触角形式滑落。

(3)持水实验表明，叶状硅基体的超疏水性能也能够在实际工作环境中得以维持。在持续浸泡的测试中，基体表面的液滴存留时间与基质类型和处理过程相关，保持高的接触角和极短的膜寿命。

4.总结

本文提出了一种新型仿生-再造超疏水表面的制备与表征方法。该方法采用了复合结构的叶状硅基体，并结合化学处理和材料表面修饰技术，在基体表面形成了微小的凹陷和孔洞结构，实现了超疏水效果。通过SEM、接触角测量和持水实验等多种表征方法来分析制备的超疏水表面，结果表明该方法具有制备成本低、性能稳定等优点，适用于多种工业和生物领域的应用需求。因此，该制备方法具有广泛的应用前景和研究价值，值得进一步深入探讨和研究。5.应用前景

由于其良好的超疏水性能和广泛的应用前景，仿生-再造超疏水表面在多个领域都有着广泛的应用前景。其中，以下是一些具体的应用领域。

(1)非粘性涂层。超疏水表面具有优异的非粘性性能，可以被应用在各种涂层中，如防腐层、抗污染涂层等。此类涂层可用于石油、化学、航空等工业领域中。超疏水表面涂层还可以被应用在机械加工的表面，防止润滑油滴在加工表面上，提高加工效率。

(2)自清洁表面。超疏水表面可以使液滴减少粘附，同时在表面自然滑落，起到自清洁作用。这种自清洁表面的应用可以用于医疗领域，如人工骨、人工器官等的表面。

(3)纳米传感器。具备超疏水表面的纳米传感器可以应用于实现生物和环境监测的目的。例如，超疏水表面的电极可以被用作微生物检测器，或是用于监测应用于河流或富含水分的环境中的水分子。

(4)电子器件。超疏水表面的电介质薄膜可以作为电子器件的涂层使用。超疏水表面可用于实现能源密度高、薄、通量高的超级电容器。

(5)光电子学。超疏水表面容易产生泡沫状水滴，在光线的照射下表现出高反光度。这对于光电子器件的发展具有重要的意义。

6.发展趋势

随着科技的不断发展和创新，超疏水表面的制备技术也在不断完善中。未来，需要进一步探究和研究超疏水表面的制备方式、表征方法以及其在不同领域内的应用。

在超疏水表面制备中，可以通过改变材料的结构和表面处理方法来提高其制备效率。例如，通过仿生表面结构、导向生长的方法，可以制备具有更高超疏水性能的复合叶状硅基体。理解氧气等离子体放电等技术在表面修饰中的作用和调控，有望实现更加稳定、高效的表面修饰方法。

在超疏水表面的应用方面，需要进一步研究和探究具有不