疏水材料的表面是怎么做出来的?
粗略的说,表面能就是表面的粒子比内部的粒子多的能量。为什么表面的粒子能量更大?因为它们已经在最外层的表面了,至少在一个方向上没有小伙伴拉它们。
好,我们知道表面能。所有物体都有表面能吗?当然,只要物体有表面,就有表面能。所有的物体都要有表面,所以都有表面能,固体,液体,气体。一般来说,固体的表面能比较大,水的表面能比较小,油的表面能更小。
那么表面能与亲液性和亲液性有什么关系呢?
你得知道什么是疏,什么是亲。简单来说就是接触角,即固体表面的液体是铺展成一池还是保持水滴状态。极端来说,0度接触角是要散开的,180度是要完全维持水滴的状态。0到180度之间有两条线,分别是90度和150度。如果小于90度,我们认为它是亲液的;如果大于90度,则是疏液的;如果大于150度,就是我们所说的超疏液症。
除了疏水性,还有一个影响“不润湿”的参数,就是滚动角。顾名思义,滚动角就是表面倾斜到水滴刚好可以滚下来的角度。这里需要强调的是,在超高接触角的表面上,滚动角不一定低。某些表面的接触角可以达到150度以上,但滚动角也可以在90度左右。这个概念比较复杂,这里就不展开了。
液体要想在固体表面铺开,就要扩大表面积,所以扩大表面积就会增加表面能,能量不可能凭空出现,所以要有能量提供者。对于表面能高的固体表面,液滴在表面的铺展减少了固体的表面积,表面能也相应降低,所以这部分能量可以作为液体的能量提供者来扩大表面积。固体的表面能越高,所能提供的能量就越高,所以液体就能舒服地铺开。
所以,阻止液体舒适扩散的唯一办法就是让固体提供的能量不足。当固体减少的表面能小于液体增加的表面能时,液体将不会铺展,因此拒液表面的制备转化为低表面能固体的制备。
苍天有眼,并不是所有的固体物质都有很高的表面能,很多固体物质的表面能比水还低,比如常见的氟化物,叫做表面活性剂。因此,如果固体材料本身的表面能比较低,可以直接制备疏水表面。