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应用领域

超疏水材料主要利用其自清洁、防污、防粘附等优越的特性,广泛应用于建筑业、工农业生产、管道运输、医疗卫生、国防军事等领域:
(一)超疏水材料在建筑防污耐水等领域内的应用
建筑物表面的污染主要是由于空气中微小颗粒的粘附和雨、雪等的覆盖污染。伴随近年来城市化的发展进程逐渐加快,城市人口迅速增加,随之而来的城市污染加剧了酸雨等灾害的发生频率,大量年代久远的建筑物表面被侵蚀,例如乐山大佛面部被酸雨侵蚀的痕迹就很明显地显露出来。超疏水材料因其独特的疏水性,在建筑物内外墙、玻璃及金属框架等部位恰当的使用超疏水材料,可以起到很好的防水、防雪和耐沾污等特性,同时,可降低建筑物的清洁及维护成本,使得建筑物能长久保持亮丽的外观。综述,超疏水材料在建筑物的自清洁,防污等领域的发展拥有广阔的发展空间。目前,超疏水表面材料在建筑防污染面的产品主要是涂层及防护液等,如中科赛纳技术有限公司采用纳米合成技术制备的纳米超疏水自清洁玻璃涂层。该涂层大体具有无色透明、无毒、无污染牢固度高且具有自清洁、防结冰、抗氧化等优点。
(二)超疏水表面材料在船舶提高浮力方面的应用
据实验观察,不论是在水面的滑行、跳跃,还是快速掠过,水黾都既不会滑破水面,更不会浸湿腿部。因而也就被美誉为“池塘中的溜冰者”根据这一现象,科学家经过论证得出,水黾特殊腿部微纳米结构和水面间形成的“空气垫”,阻碍了水滴的浸润,让它们实现了自然界版的“水上漂”。据了解,利用新型超疏水材料制成的超级浮力材料,可以使船表面具有超疏水性,并因此在其表面形成具体版的“空气垫”,改变船与水的接触状态,防止船体表面被水浸湿,进而使其在水中运行的阻力更小,提高速度,节省了能源。研究人员表明,交通工具的“水上飞”,可以有效地提高交通工具的速度,节省一定的能源,有可能也会顺势引起交通、能源领域的一次革新。
(三)超疏水表面材料在管道运输方面的应用
天然气的管道运输因其传输距离远,线路可控设备投入较简单等优势已经成为陆上天然气资源的主要输送方式,但由于天然气中往往含有硫化氢、二氧化碳和水等腐蚀性物质,因而管道容易发生均匀腐蚀、坑蚀、电化学腐蚀、冲刷腐蚀等现象。由于管道内壁表面粗糙等原因,天然气的传输效率也较低。针对上述问题,许多学者在这方面做了很多工作,例如在铝及其合金表面上制备超疏水薄膜,使其防腐能力明显提高,碳纳米管粘接在基材铝板表面以形成复合结构表面,然后用聚四氟乙烯修饰该复合表面上以形成一层超疏水PTFE膜(如图1所示)。
在国外,许多铝、铁、碳钢等金属以及合金表面都会用超疏水膜来修饰,以提高其防腐蚀性。该方法可有效地运用在如管道气体、液体运输减阻等多方面,对降低运输能耗,提高输送效率有很大帮助,未来有较大的开发应用空间。
(四)超疏水材料在织物及过滤材料方面的应用
采用静电纺丝法或者在材料表面进行处理可制备具有超疏水性的各种微纳米结构纤维。这类材料因具有超疏水性能,可用于制造防水薄膜、疏水滤膜以及防水透气薄膜等,或者使织物因疏水性能而具有防水、防污染、防灰尘等新功能。

超疏水材料在超细纤维制备、现有纤维或者织物的超疏水处理及制备分子级的纤维疏水过滤材料等方面都有十分广泛的应用,对纤维及纺织领域的应用功能拓展和更新换代有积极的推动作用。通过此类技术的发展,日常生活领域将会为其提供优越的发展空间。同时,人类的生活也将更加科技化、舒适化、便捷化。

(五)超疏水材料在微流体控制方面的应用
超疏水材料表面所具有的不浸润性及低表面粘滞力,使其在微流体控制应用方面也有十分出色的表现。比如控制微液滴的运动和流动,若用其微量注射器的针尖部位,可以尽可能完全的消除昂贵的药品在针尖上的依附,而缓解医药用品的浪费和对针尖的污染。如果将这类技术运用到诸如喷涂领域,比如用超疏水材料制造喷漆喷胶等的喷头,将会使喷涂的液滴更加均匀,雾化效果更好,可以运用在对喷涂效果有特殊要求的场合,以显示其良好特性。

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