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粉体材料表面润湿性及在材料工程中的意义

湖南瑞石    2015/4/3  

润湿性是材料表面的重要特性之一,通过静态接触角来表征,影响润湿性的因素主要是材料表面的化学组成和微观结构,主要通过表面修饰和表面微造型来改变材料表面润湿性。润湿性对于建筑、涂饰、生物医学等领域都有重要的意义。

润湿是自然界中最常见的现象之一,如水滴在玻璃上的铺展,雨滴对泥土的浸润等等。润湿性是材料表面的重要特性之一,并已经成功运用到人类生活的各个方面,例如润滑、粘接、泡沫、防水等。近年来,随着微纳米技术的飞速发展以及仿生学研究的兴起,对于固体表面润湿性的研究越来越引起了人们的重视,具有超疏水表面的金属材料具有自清洁作用,从而提高其抗污染、防腐蚀的能力;而在农药喷雾、机械润滑等方面却又要求液体具有良好的亲水性,所以对于材料表面润湿性的研究在材料工程中具有重要的意义。为了调控材料表面的润湿性,人们通过接枝、涂层、腐蚀等众多方法从化学组成和微观结构两个方面对材料进行了改性,并取得了良好的结果。

材料表面的润湿性由表面原子或原子团的性质和密堆积方式所决定,它与内部原子或分子的性质及排列无关。有研究表明,材料表面的润湿性受两方面因素支配:化学组成和微观结构。化学组成对润湿性的影响本质上是表面能对润湿性的影响。通过共价键、离子键或金属键等较强作用结合的固体,它们具有高能表面,通过范德瓦尔斯力或(氢键)结合的分子固体,具有低的表面能。而固体的表面能越大,通常越容易被液体润湿,反之亦然,所以无机固体较有机固体和聚合物易被润湿。需要强调的是,从表面化学组成角度考虑,固体表面的润湿性质仅仅取决于表面最外层的原子或原子基团的性质及排列情况。这是人们为适应各种需要能进行表面修饰改变固体润湿性质的一个基础。

微观结构对于表面润湿性的影响本质上是表面微观几何结构和粗糙度的影响,通常具有至关重要的作用。

材料表面粗糙度的提高将增强表面疏水性能,表面的微纳米结构的的排列将直接影响水滴在材料表面的运动从而对润湿性造成影响。还有研究表明通过改变材料表面的几何结构,这也为人们通过表面刻蚀改变固体润湿性提供依据。

总的来说,润湿性,作为材料重要的表面特性之一,已经直接运用到了人们的日常生活中,随着材料制备工艺和仿生学研究的日益发展,润湿性的运用前景已经展现在了大家眼前,对于材料表面润湿性的研究和改性也引起了人们广泛的兴趣,对于材料表面润湿性的研究在建筑、农业、生物医学材料等领域都有重要意义。


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