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[科谱]什么是亲水性?什么是疏水性?什么是超疏水性?

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小科谱:什么是亲水性、疏水性、与超疏水性

从简单的数据来说,亲水性的水接触角小于90度。疏水性的水接触角大于90度,小于150度,超疏水性的水接触角大于150度。

亲水性、疏水性、超疏水性

从上图来看,这就是一个亲水性、疏水性与超疏水性的水接触角的区别

亲水性:指带有极性基团的分子,对水有较大的亲和能力,可以吸引水分子,或易溶解于水。这类分子形成的固体材料的表面,易被水所润湿。具有这种特性都是物质的亲水性。

水性在材料表面为水分所润湿的性质。是一种界面现象,润湿过程的实质是物质界面发生性质和能量的变化。当水分子之间的内聚力小于水分子与固体材料分子间的相互吸引力时,材料被水润湿,此种材料为亲水性的,称为亲水性材料;而水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力时,则材料表面不能被水所润湿,此种材料是疏水性的(或称憎水性),称为疏水性材料。
水分子与不同固体材料表面之间的相互作用情况是各不相同的。在水(液相)、材料(固相)与空气(气相)三相的交点处,沿水滴表面的切线与水和材料接触面所形成的夹角θ称为接触角(见图),θ角在0°~180°之间,由θ角的大小可估计润湿程度。θ角越小,润湿性越好。如θ=0°,材料完全润湿;θ<90°(如玻璃、混凝土及许多矿物表面),则为亲水性的;θ>90°(如水滴在石蜡、沥青表面)为疏水性的;θ=180°时,则为完全不润湿。

疏水性:分子偏向于非极性,并因此较会溶解在中性和非极性溶液(如有机溶剂)。疏水性分子在水里通常会聚成一团,而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。在化学里,疏水性指的是一个分子(疏水物)与水互相排斥的物理性质。性质理论根据热力学的理论,物质会寻求存在于最低能量的状态,而氢键便是个可以减少化学能的办法。水是极性物质,并因此可以在内部形成氢键,这使得它有许多独别的性质。但是,因为疏水物不是电子极化性的,它们无法形成氢键,所以水会对疏水物产生排斥,而使水本身可以互相形成氢键。这即是导致疏水作用(这名称并不正确,因为能量作用是来自亲水性的分子)的疏水效应,因此两个不相溶的相态(亲水性对疏水性)将会变化成使其界面的面积最小时的状态。此一效应可以在相分离的现象中被观察到。

超疏水性:超疏水性物质,如荷叶,具有极难被水沾湿的表面,其水在其表面的接触角超过150°,滑动角小于20°。

气体环绕的固体表面的液滴。接触角θ,是由液体在三相(液体、固体、气体)交点处的夹角。
1805年,托马斯·杨通过分析作用在由气体环绕的固体表面的液滴的力而确定了接触角θ。
气体环绕的固体表面的液滴,形成接触角θ。如果液体与固体表面微结构的凹凸面直接接触,则此液滴处于Wenzel状态;而如果液体只是与微结构的凸面接触,则此液滴处于Cassie-Baxter状态。
其中: 固体和气体之间的表面张力 = 固体和液体之间的表面张力 = 液体和气体之间的表面张力,θ可以用接触角测量计来测量。
Wenzel确定了当液体直接接触微结构化的表面时,θ角会转变为θW *

派旗纳米防水涂层主要成分是全氟聚醚化合物、环保无腐蚀氢氟醚溶剂,该纳米水涂层可以在物体表面形成一层轻薄、透明的保护膜,这些物质以分子的形式紧密结合在一起,当水遇到这样的涂层,就会凝结成水珠。

派旗纳米防水涂层在显微镜下观察,有多个纳米颗粒组,相临的纳米颗粒之间形成细小的气孔,气也远小于水分子,表面产生气垫效应,从而托住水分子,达到斥水斥油污的目的,使水滴轻易滑落。

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