水滴落在超疏水表面是什么样子，它的性质是怎样形成的？

自然界中有许多天然超疏水表面，其中最常见的是荷叶， 荷叶表面的高分辨率扫描电子显微镜SEM图像，可以观察到荷叶表面有 5 ～ 10 微米的突起无序分布，并且突起具有直径为 100 ～ 200 纳米的特殊毛状纳米结构。这些复合表面纹理包括微米和纳米范围内的分层结构，放大了荷叶表面蜡膜的疏水性，从而获得 150 ～ 160 ° 的接触角和大约 2 ° 的滑动角。

一般来说，超疏水表面被定义为其表面的水滴必须满足水接触角>150 °，滑动角 <10 °，这意味着当水滴落在超疏水表面上时，它们几乎是球形的并且容易滚动。这些表面由于具有自净，耐腐蚀，微流体的滑移流，抗生物污染，防雪防雾等优点，可用于防腐，透明涂层的防反射，需要功能织物的特殊润湿性，防雾天线防冰，玻璃，以及一些微流体装置等等。

虽然国内外对超疏水表面的研究较多，但基于论文对超疏水表面的研究并不多。由于纸中存在羟基，羧基，磺酸基等具有亲水性，从而限制了其在高疏水性的某些领域的应用，超疏水纸的成功制备将充分发挥纸的潜在价值，拓宽其应用范围。据报道，纳米涂层是利用连续辊在纸板上形成的。

在常压下的滚压过程，通过纳米结构的透明涂层主要由TiO2 纳米颗粒、液体火焰射流LFS组成用于沉积在大气条件下的颜料涂层纸板生产线上，所获得的纸板表面测得的最高水接触角超过 160 °，当水滴到时，表面会出现反弹现象，而当水滴静止时，它们有很强的附着力。

提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米技术，可能很多人并不一定清楚。著名的诺贝尔奖获得者 Feyneman在 20世纪 60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，简写是nm，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。然而我们将就纳米技术在现实生活中的应用来看看纳米技术的应用前景。

关于纳米技术在显示生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在生活中的存在和应用也很普遍。

1、纳米材料的莲花效应。莲花虽生长于池塘的淤泥中，但它露在水面上的莲花荷叶却出污泥而不染，美丽而洁净，它可说是运用自然的纳米科技来达成自我洁净的最佳实例。照理说荷叶的基本化学成分?多醣类的碳水化合物，有许多的羟基（-OH）、（-NH）等极性原子团，在自然环境中很容易吸附水分或污垢。但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠，且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净。经过科学家的观察研究，在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此细致的表面的结构与粗糙度??微米至纳米尺寸的大小。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，藉由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在。利用了莲花效应，中国是在世界上第一个做出仿荷叶结构的防水纳米布的国家，是中科院化学所做出来的。用颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯水分散液，浸轧，光照。使颗粒粘结在纤维表面上，形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，即疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。我们用这种材料做成衣服，就会防水。如果用这种材料处理玻璃，做成表面凸凹不平的结构，看起来没有任何问题，但不会结雾，不会沾水。可以从荷叶超强的疏水性，我们可以制作类似荷叶上有纳米材料的雨伞，就像“荷叶面”雨伞，撑雨疏水，抖水即干，不必担心带到室内会滴水了。

2、纳米阻燃剂。纳米阻燃剂可分为无机纳米微粒阻燃剂和纳米复合物阻燃剂两种。无机阻燃剂是应用最早的阻燃剂,它具有无毒、低烟、不产生腐蚀性气体、无二次污染的优点。无机阻燃剂通常通过填充方式添加到高分子材料中,制备成高分子阻燃材料。传统的无机阻燃剂的粒径较大,而且不均匀,直接影响其阻燃性和其他性能,因此,为更好地发挥阻燃效果,无机阻燃剂的超细化将是今后的发展方向。采用纳米技术将无机阻燃剂微粒细化,使其粒径在纳米级范围,使微粒的大小和形态都更均匀,就能大大地减少阻燃剂的添加量,从而减轻对织物性能的影响,克服无机阻燃剂的最大缺点。超细化的氢氧化镁、二氧化二锑以及氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂,均已广泛应用于阻燃材料中。用其做窗帘，墙纸，遇上着火，既不会燃烧，也可以防患与未然。

3、纳米技术电池。所谓的纳米技术电池，就是在电池的制造过程中，采用纳米技术材料或者制造工艺，生产制造出具有特别高性能的电池产品。随着电子技术的高速发展，人们对电池的需求量愈来愈多，人们总是希望得到一种容量大、功率高、性能优、价格廉的电池。但是，由于客观实际的限制，在现实中的电池总是无法全面满足人们的要求。电池界的专家学者在孜孜不倦的追求着电池性能的提高，经历了一代又一代人的不懈努力。纳米级的物质被应用在电池的制造中，就会产生显著的特性。强大的比表面活性能量和良好的导电性能，在参与电化学反应的时候，纳米颗粒物质在极板内部形成新的活性物基核，改善和增强电极结构，极大地提高电极的电化学反应表面，降低了电化学反应的能垒。因此，纳米技术材料的应用可以显著的降低蓄电池的内阻，抑制蓄电池在充放电过程中，因为温度和电极极化等原因而导致的极板饨化，从而有效的提高电池的性能，使得蓄电池电化学反应的可逆性更好、充放电效率更高、功率更大、电池更加容易均衡一致、低温性能限制改善。因此，采用纳米技术材料的蓄电池，其容量比常规电池的容量高，寿命比常规电池寿命长，大电流工作能力比常规电池强，低温性能比常规电池优。纳米技术电池的显著优点更主要集中表现在电池使用的中后期。一般情况，纳米技术电池前期对容量及功率的改善效果只是常规电池的5%-15%，中期对容量及功率的改善效果比常规电池高出20%-30%，后期对容量及功率的改善效果比常规电池高出可以达到50%以上。新太纳米技术电池的种类有：纳米技术型免维护中低倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护烧结式超高倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护阀控式密封铅酸电池；纳米技术型锌镍动力电池。

4、纳米化妆品。采用纳米技术研制的化妆品，其独到之处在于，它是将化妆品中的最具功效的成分特殊处理成纳米级这种极其微小的结构，顺利渗透到皮肤内层，事半功倍地发挥护肤、疗肤效果。纳米化妆品给美容日化行业带来了一股新鲜的活力，一时间成为新宠。在成都刚结束的中国美容化妆品博览会上，记者发现，最抢眼、最具亮点的就是纳米化妆品，在这种高科技的日化展位前簇拥了众多的商家和消费者，人们对“纳米”运用于化妆品领域感到好奇：这种化妆品的神奇之处到底在哪里呢？纳米化妆品和一般化妆品的区别在哪里？它与众不同的亮点是什么？记者近日专门采访了多年从事日化研制的唐先生，他说，传统工艺乳化得到的化妆品膏体内部结构为胶团状或胶束状、其直径为微米，对皮肤渗透能力很弱，不易被表皮细胞吸收。因为皮肤的吸收功能有限，一般只能通过两条途径。而皮肤最外层具有疏水性角质层，因而水溶性物质和大分子量的物质通过表皮吸收和毛囊皮脂腺的吸收相当不易。而纳米技术完全可以用到化妆品制造业中，能对传统工艺乳化得到的化妆品缺陷进行很好改进。因为用纳米级功能原料通过纳米技术处理得到的化妆品膏体微粒可以达到纳米级状态，这种纳米级膏体对皮肤渗透性大大增加，皮肤选择吸收功能物质的利用率随之大为提高。如果你觉得这种理论太深奥，还难弄懂的话，唐先生的另一番形象的比喻便再好理解不过了：筛子筛沙的场景我们经常能够看到，我们的皮肤就像一个筛子，筛子上的孔就像最外一层表皮的毛孔，筛子筛沙时，只有细小的沙粒才能穿过筛孔渗漏下去，而石块、大颗粒杂质便留在筛子面上漏不下去。纳米化妆品就是将对皮肤起作用的膏体成分尽量处理成细小的“沙粒”，轻而易举透过皮肤上的“筛孔”，进入真皮层，从而被吸收。而美容保健领域中的另一热门DNA(脱氧核糖核酸)则是纳米化妆品的最佳搭配伙伴，只有DNA这种天然生物材料最易通过纳米技术处理，所以DNA与纳米技术完美结合的产品便成为如今化妆品行业中的宠儿。

5、纳米塑料。通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯酸类塑料等大塑料品种。对于这类塑料的改性，过去多是采用加入填充料的方式，首先是为了降低成本，后来是为了增加和增韧以得到工程塑料，并进一步向塑料功能化发展，通过添加料的方法得到具有导电、抗静电、热塑磁性和压敏等功能的塑料。纳米材料的出现，为天加型塑料提供了广阔的空间。通用塑料首当其冲，纳米技术最早就是用于通用塑料的改性。例如：纳米碳酸钙对高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸钙的质量分数为20%以下时，其耐冲击强度随加入碳酸钙的增加而增加，拉伸和弯曲强度也有所提高。在此，填料有一个最大加入百分比，即有一个加入最大值，而且，该值和碳酸钙的表修饰类型有关。未经地表面修饰处理的纳米碳酸钙填充体系的冲击强度随碳酸钙用量呈逐渐增加趋势，碳酸钙用量越多，材料冲吉加度越大。经表面处理后，材料的冲击强度随碳酸钙用量变化规律已完全改变。材料在低纳米碳酸钙含量（约4%~6%）时即实现增韧目的，冲击强度提高接近一倍，增韧效果显著；当碳酸钙用量进一步增加时，材料的冲击强度呈缓慢下降。几种表面处理剂对拉伸弯曲性能的影响基本相同；与处理体系相比，表面处理后材料的拉伸、弯曲性能并无明显改善。由处理和未经处理的两种试样冲击断面和断抽图SEM照片可知，经过处理体系的冲击断面上有较多牵伸结构，拉丝较多；基体上无明显可见裂纹，基体发生明显的塑性变形，吸收了大量能量。脆断面的电镜表明纳米粒子分布均匀，附聚团粒小。未经处理体系的冲击断面上出现有许多断裂裂纹，是导致冲击强度较低的原因；且未经处理的试样，粒子分布不均，附聚颗粒较大。

6、可以抗紫外线的纳米材料。研究和开发防紫外线的功能性织物，是目前国际化纤纺织业的重点。目前，传统的抗紫外线纺织品主要采用共混熔融纺丝法，该方法将抗紫外添加剂与成纤聚合物共混并一同进行熔融纺丝，抗紫外添加剂多为有机化合物，存在一定的毒性和刺激性，容易造成皮肤化学性过敏。近年来无机紫外线遮蔽剂的研究突飞猛进，纳米TiO2是其中优秀代表。上海交大"纳米氧化钛（TiO2）抗紫外纤维"通过了上海市科委组织的专家鉴定，纳米TiO2具有较高的化学稳定性、热稳定性、无味、无毒、无刺激性，使用安全，尤其是吸收紫外线能力强，对UVA区和UVB区紫外线都有屏蔽作用，可见光透过率大。 采用该项目具有自主知识产权的纳米氧化钛与聚酯原位聚合方法，制备纳米TiO2/聚酯复合材料，真正实现了纳米颗粒在高聚物中的纳米级分散，不仅提高了纺丝效率，而且使材料的力学、热学性能得到了较大提高，织物的紫外线屏蔽指数大于50,在280~400纳米波段紫外线屏蔽率大于95%，紫外线透过率小于3%。 据悉，该项目成果可广泛应用于生产帐篷、遮阳伞、夏季女装、野外工作服、训练服、运动服、窗帘织物、广告布等。采用本技术的抗紫外织物还具有防暑、隔热、触感凉爽的性能，特别适宜织造高档T恤衫、运动服、训练服等夏季凉爽面料。 据统计，世界功能性纺织品的需求量超过500亿米，我国功能纺织品的需求量近50亿米。纳米TiO2抗紫外纤维技术市场前景将非常广阔。

激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。” 白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。”

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