Ультрагидрофобность

Ультрагидрофобные (или супергидрофобные ) поверхности очень гидрофобны , то есть их чрезвычайно трудно смачивать . В углы смачивания капли воды на ultrahydrophobic материала превышает 150 °. [1] Это также называется эффектом лотоса , по названию супергидрофобных листьев растения лотоса . Капля, ударяющаяся о такие поверхности, может полностью отскочить, как упругий мяч. [2] Взаимодействие отскакивающих капель можно еще больше уменьшить, используя специальные супергидрофобные поверхности, которые способствуют нарушению симметрии, [3] [4] [5] [6] отскок блина [7]или подпрыгивание водяной чаши. [8] [9]

Капля на поверхности лотоса с углом контакта более 146 °.
"> Файл: Удар-капли-воды-на-упругих-супергидрофобных-поверхностях-srep30328-s7.ogvВоспроизвести медиа
Капля воды, падающая на супергидрофобную эластичную поверхность.

В 1805 году Томас Янг определил краевой угол θ, проанализировав силы, действующие на каплю жидкости, покоящуюся на гладкой твердой поверхности, окруженной газом. [10]

Капля жидкости лежит на твердой поверхности и окружена газом. Краевой угол θ C - это угол, образованный жидкостью на границе трех фаз, где пересекаются жидкость, газ и твердое тело.
Капля, покоящаяся на твердой поверхности и окруженная газом, образует характерный угол смачивания θ. Если твердая поверхность шероховатая, а жидкость находится в тесном контакте с твердыми неровностями, капля находится в состоянии Венцеля. Если жидкость остается на вершинах выступов, она находится в состоянии Кэсси-Бакстера.

где

= Межфазное натяжение между твердым телом и газом
= Межфазное натяжение между твердым телом и жидкостью
= Межфазное натяжение между жидкостью и газом

θ можно измерить с помощью гониометра угла смачивания .

Венцель определил, что, когда жидкость находится в тесном контакте с микроструктурированной поверхностью, θ изменится на θ W *

где r - отношение фактической площади к проектируемой. [11] Уравнение Венцеля показывает, что микроструктурирование поверхности усиливает естественную тенденцию поверхности. Гидрофобная поверхность (та, которая имеет исходный угол смачивания более 90 °) становится более гидрофобной при микроструктурировании - ее новый угол смачивания становится больше, чем исходный. Однако гидрофильная поверхность (та, которая имеет исходный угол смачивания менее 90 °) становится более гидрофильной при микроструктурировании - ее новый угол смачивания становится меньше исходного. [12]

Кэсси и Бакстер обнаружили, что если жидкость находится во взвешенном состоянии на вершинах микроструктур, θ изменится на θ CB *

где φ - доля площади твердого тела, соприкасающегося с жидкостью. [13] Жидкость в состоянии Кэсси-Бакстера более подвижна, чем в состоянии Венцеля.

Можно предсказать, должно ли существовать состояние Венцеля или Кэсси-Бакстера, вычислив новый угол смачивания по обоим уравнениям. При минимизации аргумента о свободной энергии соотношение, которое предсказывало меньший новый угол смачивания, является наиболее вероятным состоянием. С математической точки зрения, для существования состояния Кэсси-Бакстера должно выполняться следующее неравенство. [14]

Недавний альтернативный критерий для состояния Кэсси-Бакстера утверждает, что состояние Кэсси-Бакстера существует, когда выполняются следующие 2 критерия: 1) силы контактной линии преодолевают массовые силы веса неподдерживаемой капли и 2) микроструктуры достаточно высоки, чтобы предотвратить попадание жидкости. который связывает микроструктуры от соприкосновения с основанием микроструктур. [15]

Угол смачивания является мерой статической гидрофобности, а гистерезис угла смачивания и угол скольжения являются динамическими мерами. Гистерезис краевого угла - это явление, характеризующее неоднородность поверхности. [16] Когда пипетка впрыскивает жидкость в твердое тело, жидкость образует некоторый контактный угол. По мере того, как пипетка впрыскивает больше жидкости, капля будет увеличиваться в объеме, угол смачивания будет увеличиваться, но ее трехфазная граница будет оставаться неподвижной, пока она внезапно не продвинется наружу. Угол контакта, который имела капля непосредственно перед продвижением наружу, называется краевым углом продвижения. Угол смачивания смачивания теперь измеряется путем откачки жидкости обратно из капли. Капля будет уменьшаться в объеме, угол смачивания уменьшится, но ее трехфазная граница останется неподвижной, пока она внезапно не отступит внутрь. Угол смачивания, который капля непосредственно перед уходом внутрь, называется углом смачивания. Разница между углами смачивания и отступления называется гистерезисом угла смачивания и может использоваться для характеристики неоднородности, шероховатости и подвижности поверхности. Неоднородные поверхности будут иметь области, затрудняющие движение линии контакта. Угол скольжения является еще одним динамическим показателем гидрофобности и измеряется путем нанесения капли на поверхность и наклона поверхности до тех пор, пока капля не начнет скользить. Жидкости в состоянии Кэсси-Бакстера обычно демонстрируют более низкие углы скольжения и гистерезис краевого угла, чем жидкости в состоянии Венцеля.

Простая модель может использоваться для прогнозирования эффективности синтетической микро- или нанотехнологической поверхности для ее условного состояния (Венцеля или Кэсси-Бакстера), угла смачивания и гистерезиса угла смачивания . [17] Основным фактором этой модели является плотность контактных линий, Λ , которая представляет собой общий периметр выступов на заданной единице площади.

Образец гидрофобной поверхности состоит из квадратных столбиков. Λ = 4х / у 2

Критическая плотность линии контакта Λ c является функцией телесных и поверхностных сил, а также площади проекции капли.

где

ρ = плотность жидкой капли
g = ускорение свободного падения
V = объем жидкой капли
θ a = кажущийся угол контакта при продвижении
θ a, 0 = угол смачивания гладкой подложки
γ = поверхностное натяжение жидкости
w = угол стены башни

Если Λ > Λ c , капли находятся в состоянии Кэсси-Бакстера. В противном случае капля схлопнется до состояния Венцеля.

Для расчета обновленных углов смачивания при приближении и удалении в состоянии Кэсси-Бакстера можно использовать следующие уравнения.

с также состоянием Венцеля:

где

λ p = погонная доля контактной линии на неровностях
θ r, 0 = угол смачивания гладкой подложки
θ air = контактный угол между жидкостью и воздухом (обычно принимается равным 180 °)

Unitary roughness structure versus hierarchical structure.jpg

М. Носоновский и Б. Бхушан изучали влияние унитарных (неиерархических) структур микрошероховатости и наношероховатости, а также иерархических структур (микрошероховатость, покрытая наношероховатостью). [18] Они обнаружили, что иерархическая структура была необходима не только для высокого угла смачивания, но и для стабильности границ раздела вода-твердое тело и вода-воздух (композитный интерфейс). Из-за внешнего возмущения на границе жидкость – воздух может образоваться стоячая капиллярная волна. Если амплитуда капиллярной волны больше высоты выступов, жидкость может коснуться впадины между выступами; и если угол, под которым жидкость входит в контакт с твердым телом, больше, чем h0, для жидкости энергетически выгодно заполнить впадину. Эффект капиллярных волн более выражен для небольших выступов высотой, сопоставимой с амплитудой волны. Пример этого виден в случае унитарной шероховатости, где амплитуда шероховатости очень мала. Поэтому вероятность нестабильности унитарного интерфейса будет очень высокой. Однако в недавнем исследовании Эяль Биттун и Абрахам Мармур обнаружили, что многомасштабная шероховатость не обязательно важна для супергидрофобности, но полезна для механической стабильности поверхности. [19]

Многие очень гидрофобные материалы, встречающиеся в природе, основаны на законе Кэсси и являются двухфазными на субмикронном уровне. Тонкие волоски на некоторых растениях гидрофобны, они предназначены для использования растворяющих свойств воды для притягивания и удаления грязи, блокирующей солнечный свет, с их фотосинтетических поверхностей. Вдохновленные этим эффектом лотоса , было разработано множество функциональных супергидрофобных поверхностей. [20]

Водомерки - это насекомые, которые живут на поверхностной пленке воды, и их тела практически не смачиваются из-за специальных волосяных покровов, называемых гидрофугой ; многие поверхности их тела покрыты этими специализированными «ворсинками», состоящими из крошечных волосков, расположенных так близко друг к другу, что на 1 мм приходится более тысячи микроволокон, что создает гидрофобную поверхность. [21] Подобные поверхности гидрофуги известны и у других насекомых, включая водных насекомых, которые проводят большую часть своей жизни под водой, с гидрофобными волосками, предотвращающими попадание воды в их дыхательную систему.

Некоторые птицы отлично плавают из-за гидрофобного покрытия перьев. Пингвины покрыты слоем воздуха и могут выпустить захваченный воздух, чтобы быстро ускориться, когда им нужно выпрыгнуть из воды и приземлиться на возвышенности. Ношение воздушного пальто во время плавания снижает сопротивление, а также действует как теплоизолятор.

"> File:Cutting a water droplet using a superhydrophobic knife on superhydrophobic surfaces.ogvВоспроизвести медиа
Вырезание капли воды супергидрофобным ножом на супергидрофобных поверхностях.
"> File:A-simple-and-fast-fabrication-of-a-both-self-cleanable-and-deep-UV-antireflective-quartz-1556-276X-7-430-S1.ogvВоспроизвести медиа
Капли воды скатываются по супергидрофобной поверхности с наклоном 5%.

Деттре и Джонсон обнаружили в 1964 году, что явление супергидрофобного эффекта лотоса связано с грубыми гидрофобными поверхностями, и разработали теоретическую модель, основанную на экспериментах со стеклянными шариками, покрытыми парафином или теломером TFE. Самоочистки свойство супергидрофобными микро- наноструктурированных поверхностей было сообщено в 1977 г. [22] перфторалкил, перфторполиэфира и были разработаны в плазме образуются RF сверхгидрофобные материалы, используемые для электросмачивания и коммерциализации для биомедицинских применений в период с 1986 по 1995 [23] [ 24] [25] [26] Другие технологии и приложения появились с середины 1990-х годов. [27] Прочная супергидрофобная иерархическая композиция, наносимая в один или два этапа, была раскрыта в 2002 году, содержащая наноразмерные частицы ≤ 100 нанометров, покрывающие поверхность, имеющую элементы микрометрового размера, или частицы ≤ 100 мкм . Наблюдалось, что более крупные частицы защищают более мелкие частицы от механического истирания. [28] В 2012 году были разработаны долговечные, оптически прозрачные супергидрофобные и олеофобные покрытия, содержащие наночастицы размером от 10 до 100 нм. [29] [30] [31] [32] [33]

Исследования супергидрофобности недавно ускорились с появлением письма, в котором сообщалось, что искусственные супергидрофобные образцы получены путем затвердевания димера алкилкетена ( AKD ) в наноструктурированную фрактальную поверхность. [34] С тех пор во многих статьях были представлены методы изготовления супергидрофобных поверхностей, включая осаждение частиц, [35] золь-гель методы, [36] плазменную обработку, [37] осаждение из паровой фазы, [35] и методы литья. [38] Текущие возможности для воздействия исследований лежат в основном в фундаментальных исследованиях и практическом производстве. [39] В последнее время возникли споры о применимости моделей Венцеля и Кэсси-Бакстера. В эксперименте, призванном оспорить перспективу поверхностной энергии модели Венцеля и Кэсси-Бакстера и продвигать перспективу линии контакта, капли воды помещались на гладкое гидрофобное пятно в грубом гидрофобном поле, грубое гидрофобное пятно в гладком гидрофобном поле. и гидрофильное пятно в гидрофобном поле. [40] Эксперименты показали, что химический состав поверхности и геометрия на линии контакта влияли на угол контакта и гистерезис угла контакта, но площадь поверхности внутри линии контакта не влияла. Также был предложен аргумент, что повышенная неровность линии контакта увеличивает подвижность капель. [41] В одном из методов экспериментального измерения неровностей контактной линии используется металл с низкой температурой плавления, расплавленный и нанесенный на микро / наноструктурированные поверхности. Когда металл остынет и застынет, его снимают с поверхности. перевернутый и проверен на микрогеометрию контактной линии. [42]

Было приложено несколько усилий для изготовления поверхности с регулируемой смачиваемостью. С целью самопроизвольной подвижности капель поверхность может быть изготовлена ​​с различной шириной башни и расстояниями, чтобы постепенно увеличивать свободную энергию поверхности. [43] Тенденция показывает, что по мере увеличения ширины башни барьер свободной энергии становится больше, а угол смачивания падает, что снижает гидрофобность материала. Увеличение расстояния между башнями увеличит угол контакта, но также увеличит барьер свободной энергии. Капли естественным образом движутся к областям со слабой гидрофобностью, поэтому для того, чтобы капля самопроизвольно перемещалась из одного места в другое, идеальная поверхность должна состоять из башен малой ширины с большим расстоянием до башен большой ширины с небольшим промежутком. Одно из предостережений в отношении этого самопроизвольного движения - сопротивление движению неподвижных капель. Первоначальное движение капли требует внешнего стимула, от чего-то столь же большого, как вибрация поверхности, или такого маленького, как простой «толчок» шприца, когда он высвобождается из иглы.

Пример легко регулируемой смачиваемости - это специально разработанные ткани. [44] Растягивая коммерческую ткань, покрытую окунанием, углы смачивания обычно увеличивались. Во многом это вызвано увеличением расстояния между башнями. Однако эта тенденция не продолжается в сторону большей гидрофобности при более высоком напряжении. В конце концов, состояние Кэсси-Бакстера достигает нестабильности и переходит в состояние Венцеля, пропитывая ткань.

Примером биомиметического супергидрофобного материала в нанотехнологиях является нанопиновая пленка . В одном исследовании представлена поверхность пятиокиси ванадия, которая может обратимо переключаться между супергидрофобностью и супергидрофильностью под действием УФ-излучения. [45] Согласно исследованию, любая поверхность может быть модифицирована с этой целью путем нанесения суспензии розовидных частиц V 2 O 5, например, с помощью струйного принтера . И снова гидрофобность вызывается межслойными воздушными карманами (разделенными расстоянием 2,1 нм ). Также объясняется УФ-эффект. Ультрафиолетовый свет создает пары электрон-дырка , при этом дырки реагируют с кислородом решетки, создавая поверхностные кислородные вакансии, в то время как электроны восстанавливают V 5+ до V 3+ . Кислородные вакансии заполняются водой, и эта водопоглощающая способность поверхностью ванадия делает ее гидрофильной. При длительном хранении в темноте вода заменяется кислородом, и гидрофильность снова теряется.

Другой пример биомиметической поверхности включает в себя микросцветки на обычных полимерных поликарбонатах. [46] Микро / нанобинарные структуры (MNBS) имитируют типичную микро / наноструктуру листа лотоса. Эти микроцветы обладают наноразмерными характеристиками, которые повышают гидрофобность поверхности без использования покрытий с низкой поверхностной энергией. Создание супергидрофобной поверхности за счет индуцированного паром разделения фаз при различных относительных влажностях окружающей среды вызывало аналогичное изменение угла смачивания поверхности. Подготовленные поверхности обеспечивают углы контакта более 160 ° с типичными углами скольжения около 10 °. Недавнее исследование выявило на листе таро микроструктуры, похожие на соты, которые делают лист супергидрофобным. Измеренный угол контакта на листе таро в этом исследовании составляет около 148 градусов. [47]

Покрытия с низкой поверхностной энергией также могут обеспечивать супергидрофобную поверхность. Самоорганизующийся монослой (SAM) покрытие может обеспечить такие поверхности. Для поддержания гидрофобной поверхности головные группы плотно связываются с поверхностью, в то время как гидрофобные мицеллы тянутся далеко от поверхности. Изменяя количество SAM, которое вы наносите на подложку, можно изменять степень гидрофобности. Конкретные супергидрофобные SAM имеют гидрофобную головную группу, связывающуюся с субстратом. В одной из таких работ 1-додекантиол (DT; CH 3 (CH 2 ) 11 SH) собирается на композитной подложке Pt / ZnO / SiO 2 , создавая угол смачивания 170,3 °. [48] Монослои также могут быть удалены с помощью УФ-источника, что снижает гидрофобность.

Супергидрофобные поверхности способны стабилизировать эффект Лейденфроста , делая паровой слой стабильным. После образования парового слоя охлаждение никогда не разрушает слой, и пузырькового кипения не происходит; слой вместо этого медленно расслабляется, пока поверхность не остынет. [49]

Изготовление супергидрофобных полимерных поверхностей с контролируемой геометрией может быть дорогостоящим и трудоемким, но небольшое количество коммерческих источников [ необходима цитата ] предоставляют образцы для исследовательских лабораторий.

Тест супергидрофобной краски.

Недавние активные исследования супергидрофобных материалов могут в конечном итоге привести к их промышленному применению. Некоторые попытки изготовить супергидрофобную поверхность включают имитацию поверхности листа лотоса, а именно двухуровневую характеристику. Для этого требуются микромасштабные поверхности с типичными наноразмерными поверхностями. Например, описана простая процедура покрытия хлопчатобумажной ткани частицами диоксида кремния [50] или диоксида титана [51] золь-гель методом, который защищает ткань от УФ-излучения и делает ее супергидрофобной. Точно так же наночастицы диоксида кремния могут быть нанесены поверх уже гидрофобной углеродной ткани. [52] Углеродная ткань сама по себе определяется как гидрофобная по своей природе, но не считается супергидрофобной, поскольку ее угол контакта не превышает 150 °. Благодаря адгезии наночастиц диоксида кремния достигаются углы смачивания до 162 °. Использование наночастиц диоксида кремния также представляет интерес для разработки прозрачных гидрофобных материалов для лобовых стекол автомобилей и самоочищающихся окон. [53] Покрытие уже прозрачной поверхности нанокремнеземом с содержанием около 1 мас.% Позволяет увеличить угол смачивания капель до 168 ° с углом скольжения 12 °.

Сообщалось об эффективной процедуре получения супергидрофобного и, следовательно, самоочищающегося линейного полиэтилена низкой плотности ; [54] 99% грязи, осевшей на такой поверхности, легко смываются. Узорчатые супергидрофобные поверхности также могут быть использованы для создания микрожидкостных устройств «лаборатория на кристалле» и могут значительно улучшить биоанализ на основе поверхности. [55] В текстильной промышленности супергидрофобность относится к статическим углам скатывания воды не более 20 °. Примером супергидрофобного эффекта в живом применении является команда Alinghi на Кубке Америки, использующая специально обработанные парусные куртки. Обработка основана на частицах микрометрового размера в сочетании с традиционным химическим составом фтора.

Недавно была разработана супергидрофобная бумага, которая обладает уникальными свойствами для ее применения в бумажной электронике и медицинской промышленности. [56] Бумага синтезирована в среде, не содержащей органических веществ, что делает ее экологически чистой. Бумага обладает антимикробными свойствами, поскольку не удерживает влагу, поэтому идеально подходит для хирургических операций. Эта статья может стать огромным прорывом для бумажной электронной промышленности. Устойчивость к водным и органическим растворителям делает его идеальным выбором для разработки электронных датчиков и микросхем. Обнаружение аналитов на основе кожи теперь возможно без повреждения и постоянной замены электродов, поскольку эта бумага будет защищена от пота. Эта область материаловедения, с ее бесконечным разнообразием применений, несомненно, требует большего изучения.

Недавнее применение гидрофобных структур и материалов - разработка микрочипов топливных элементов. Реакции внутри топливного элемента приводят к образованию отработанного газа CO 2, который может быть выпущен через эти гидрофобные мембраны. [57] Мембрана состоит из множества микрополостей, которые позволяют газу выходить, а ее гидрофобная характеристика предотвращает утечку жидкого топлива. Втекает больше топлива, чтобы заменить объем, ранее сохраненный отходящими газами, и реакции позволяют продолжаться.

Хорошо известное применение ультрагидрофобных поверхностей - теплообменники [58], где они могут улучшить отделение капель и даже вызвать скачкообразную конденсацию, что может быть использовано в энергетических установках, системах отопления, кондиционирования воздуха и опреснении . [59] Оксиды редкоземельных металлов, которые, как обнаружено, обладают по своей природе гидрофобными поверхностями, предлагают альтернативу поверхностным покрытиям, позволяя создавать термостойкие гидрофобные поверхности для теплообменников, работающих при высоких температурах. [60] Ультрагидрофобные опреснительные мембраны для мембранной дистилляции также были изготовлены для улучшенного сопротивления обрастанию [61], которые могут быть эффективно изготовлены с помощью химического осаждения из паровой фазы . [62]

Также было высказано предположение, что супергидрофобные поверхности могут также отталкивать лед или предотвращать накопление льда, что приводит к явлению ледофобности . Однако не каждая супергидрофобная поверхность является ледофобной [63], и этот подход все еще находится в стадии разработки. [64] В частности, образование инея по всей поверхности неизбежно в результате нежелательного распространения волны замерзания между каплями, инициированной краями образца. Более того, образование наледи напрямую приводит к увеличению налипания наледи, что создает серьезные проблемы для последующего процесса размораживания. Создавая иерархическую поверхность, можно подавить распространение волны замерзания между каплями, в то время как удаление льда / инея может быть ускорено. Улучшенные характеристики в основном обусловлены активацией микромасштабного краевого эффекта в иерархической поверхности, который увеличивает энергетический барьер для образования ледяных мостиков, а также вызывает жидкую смазку во время процесса удаления льда / размораживания. [65]

Способность упаковки полностью опорожнять вязкую жидкость в некоторой степени зависит от поверхностной энергии внутренних стенок контейнера. Использование супергидрофобных поверхностей полезно, но может быть дополнительно улучшено за счет использования новых поверхностей, пропитанных смазкой. [66]

  • Гидрофоб
  • Шкалы гидрофобности
  • Супергидрофобное покрытие
  • Эффект лотоса
  • Измеритель угла смачивания

  1. ^ Ван, Шутао; Цзян, Л. (2007). «Определение супергидрофобных состояний». Современные материалы . 19 (21): 3423–3424. DOI : 10.1002 / adma.200700934 .
  2. ^ Ричард, Денис; Кланет, Кристоф; Кере, Дэвид (июнь 2002 г.). «Время контакта прыгающей капли». Природа . 417 (6891): 811. DOI : 10.1038 / 417811a . PMID  12075341 .
  3. ^ Морган, Джеймс (21 ноября 2013 г.). «Водонепроницаемая поверхность« самая сухая » » . BBC News . Проверено 19 августа 2020 .
  4. ^ «Физики преодолевают теоретический временной барьер на прыгающих каплях (с видео)» . Phys.org . Проверено 19 августа 2020 .
  5. ^ Птица, Джеймс С.; Дхиман, Раджив; Квон, Хёк-Мин; Варанаси, Крипа К. (ноябрь 2013 г.). «Уменьшение времени контакта прыгающей капли» . Природа . 503 (7476): 385–388. DOI : 10,1038 / природа12740 . ISSN  1476-4687 . PMID  24256803 .
  6. ^ Готье, Анаис; Саймон, Шон; Кланет, Кристоф; Кере, Дэвид (2015-08-11). «Воздействие воды на супергидрофобные макротекстуры» . Nature Communications . 6 (1): 1–6. DOI : 10.1038 / ncomms9001 . ISSN  2041-1723 . PMID  26259509 .
  7. ^ Лю, Яхуа; Моэвиус, Лиза; Сюй, Синьпэн; Цянь, Тиежэн; Йоманс, Джулия М .; Ван, Цзуанкай (8 июня 2014 г.). «Блин, подпрыгивающий на супергидрофобных поверхностях» . Физика природы . 10 (7): 515–519. arXiv : 1406,3203 . Bibcode : 2014NatPh..10..515L . DOI : 10.1038 / nphys2980 . PMC  5444522 . PMID  28553363 .
  8. ^ «Как сделать лучший плащ с крошечными« мисками для воды » » . Экономист . ISSN  0013-0613 . Проверено 19 августа 2020 .
  9. ^ Жирар, Анри-Луи; Сото, Дэн; Варанаси, Крипа К. (23.07.2019). «Водяные чаши: уменьшение взаимодействий ударяющих капель за счет перенаправления импульса» . САУ Нано . 13 (7): 7729–7735. DOI : 10.1021 / acsnano.9b01301 . ISSN  1936-0851 . PMID  31243952 .
  10. ^ Янг, Т. (1805). «Очерк сцепления жидкостей». Фил. Пер. R. Soc. Лондон. 95 : 65–87. DOI : 10.1098 / rstl.1805.0005 .
  11. ^ Венцель, Р. Н. (1936). «Устойчивость твердых поверхностей к смачиванию водой». Ind. Eng. Chem . 28 (8): 988–994. DOI : 10.1021 / ie50320a024 .
  12. ^ де Жен, Пьер-Жиль (2004). Капиллярность и явления смачивания . ISBN 978-0-387-00592-8.[ требуется страница ]
  13. ^ Кэсси, ABD; Бакстер, С. (1944). «Смачиваемость пористых поверхностей». Труды общества Фарадея . 40 : 546. DOI : 10.1039 / tf9444000546 .
  14. ^ Кере, Дэвид (1 ноября 2005 г.). «Антипригарные капли». Отчеты о достижениях физики . 68 (11): 2495–2532. Bibcode : 2005RPPh ... 68.2495Q . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 68/11 / R01 .
  15. ^ Extrand, CW (июнь 2004 г.). «Критерии ультралиофобных поверхностей». Ленгмюра . 20 (12): 5013–5018. DOI : 10.1021 / la036481s . PMID  15984262 .
  16. ^ Johnson, Rulon E .; Деттре, Роберт Х. (июль 1964 г.). «Гистерезис контактного угла. III. Исследование идеализированной неоднородной поверхности». Журнал физической химии . 68 (7): 1744–1750. DOI : 10.1021 / j100789a012 .
  17. ^ Extrand, CW (октябрь 2002 г.). «Модель для углов смачивания и гистерезиса на шероховатых и ультрафобных поверхностях». Ленгмюра . 18 (21): 7991–7999. DOI : 10.1021 / la025769z .
  18. ^ Михаил, Носоновский; Бхушан, Бхарат (март 2007 г.). «Иерархическая шероховатость делает супергидрофобные состояния стабильными». Микроэлектронная инженерия . 84 (3): 382–386. DOI : 10.1016 / j.mee.2006.10.054 .
  19. ^ Биттоун, Эяль; Мармур, Авраам (20 сентября 2012 г.). «Роль многомасштабной шероховатости в эффекте лотоса: важно ли это для супергидрофобности?». Ленгмюра . 28 (39): 13933–13942. DOI : 10.1021 / la3029512 . PMID  22946829 .
  20. ^ Wang, ST; Лю, Хуань; Цзян, Лэй (2006). Последний процесс на био-вдохновленной поверхности с особой смачиваемостью . Ежегодный обзор наноисследований. 1 . С. 573–628. DOI : 10.1142 / 9789812772374_0013 . ISBN 978-981-277-237-4.
  21. ^ Уорд, СП (1992). Экология водных насекомых: 1. Биология и среда обитания . Нью-Йорк: Wiley & Sons. С. 74, 96, 172, 180. ISBN 978-0-471-55007-5.
  22. ^ Бартлотт, Вильгельм; Элер, Неста (1977). Raster-Elektronenmikroskopie der Epidermis-Oberflächen von Spermatophyten . Tropische und subtropische Pflanzenwelt (на немецком языке). п. 110. ISBN 978-3-515-02620-8.
  23. ^ Дж. Браун. «Патент США 4,911,782» .
  24. ^ Дж. Браун. «Патент США 5,200,152» .
  25. ^ Национальный фонд науки. «Цитометр с остановленным потоком» .
  26. ^ Дж. Браун. «Патент США 5,853,894» .
  27. ^ Бартлотт, Вильгельм; К. Нейнхейс (1997). «Чистота священного лотоса или спасение от загрязнения биологических поверхностей». Planta . 202 : 1–8. DOI : 10.1007 / s004250050096 .
  28. ^ Дж. Браун. «Патент США 6,767,587» .
  29. ^ Дж. Браун. «Патент США 8,785,556» .
  30. ^ Ченг, Ян-Цзы; Родак, Дэниел Э. (4 апреля 2005 г.). «Является ли лист лотоса супергидрофобным?». Письма по прикладной физике . 86 (14): 144101. Bibcode : 2005ApPhL..86n4101C . DOI : 10.1063 / 1.1895487 .
  31. ^ Нархе, Р. Д; Бейсенс, Д. А. (июль 2006 г.). «Конденсация воды на супергидрофобной поверхности шипа». Письма еврофизики . 75 (1): 98–104. Bibcode : 2006EL ..... 75 ... 98N . DOI : 10,1209 / EPL / i2006-10069-9 .
  32. ^ Лай, SCS (август 2003 г.). Подражание природе: Физическая основа и искусственный синтез эффекта лотоса (PDF) (Отчет).
  33. ^ Кох, Керстин; Бхушан, Бхарат; Бартлотт, Вильгельм (2008). «Разнообразие структуры, морфологии и смачивания поверхности растений». Мягкая материя . 4 (10): 1943. Bibcode : 2008SMat .... 4.1943K . DOI : 10.1039 / b804854a .
  34. ^ Онда, Т .; Shibuichi, S .; Satoh, N .; Цуджи, К. (1996). «Суперводоотталкивающие фрактальные поверхности». Ленгмюра . 12 (9): 2125–2127. DOI : 10.1021 / la950418o .
  35. ^ а б Мива, Масаси; Накадзима, Акира; Фудзисима, Акира; Хашимото, Кадзухито; Ватанабэ, Тошия (июнь 2000 г.). «Влияние шероховатости поверхности на углы скольжения капель воды на супергидрофобных поверхностях». Ленгмюра . 16 (13): 5754–5760. DOI : 10.1021 / la991660o .
  36. ^ Руберклифф, штат Нью-Джерси; McHale, G .; Ньютон, Мичиган; Перри, CC (2003). «По сути супергидрофобные кремнийорганические золь-гелевые пены». Ленгмюра . 19 (14): 5626–5631. DOI : 10.1021 / la034204f .
  37. ^ Тира, DOH; Spanos, CG; Ridley, P .; Кинмонд, EJ; Roucoules, V .; Бадьял, JPS; Брюэр, SA; Coulson, S .; Уиллис, К. (ноябрь 2002 г.). «Импульсное плазменное осаждение супергидрофобных наносфер». Химия материалов . 14 (11): 4566–4571. DOI : 10.1021 / cm011600f .
  38. ^ Бико, Дж; Марзолин, C; Quéré, D. (15 сентября 1999 г.). «Жемчужные капли» . Письма Europhysics (EPL) . 47 (6): 743–744. Bibcode : 1999EL ..... 47..743B . DOI : 10.1209 / EPL / i1999-00453-у .
  39. ^ Янгблад, Джеффри П .; Соттос, Нэнси Р. (31 января 2011 г.). «Биоинспирированные материалы для самоочищения и самоизлечения» . Бюллетень МИССИС . 33 (8): 732–741. DOI : 10.1557 / mrs2008.158 .
  40. ^ Gao, LC; Маккарти, Т.Дж. (2007). «Как Венцель и Кэсси были неправы». Ленгмюра . 23 (7): 3762–3765. DOI : 10.1021 / la062634a . PMID  17315893 .
  41. ^ Чен, Вт; Фадеев, Александр Юрьевич .; Се, Мэн Че; Энер, Дидем; Янгблад, Джеффри; Маккарти, Томас Дж. (1999). «Ультрагидрофобные и ультралиофобные поверхности: некоторые комментарии и примеры». Ленгмюра . 15 (10): 3395–3399. DOI : 10.1021 / la990074s .
  42. ^ Кэннон, Эндрю H; Кинг, Уильям П. (28 мая 2010 г.). «Визуализация явлений линии контакта на микроструктурированных супергидрофобных поверхностях». Журнал вакуумной науки и техники . 28 (3): L21. Bibcode : 2010JVSTB..28L..21C . DOI : 10.1116 / 1.3432124 .
  43. ^ Фанг, Гопин; Ли, Вэнь; Ван, Сюфэн; Цяо, Гуаньцзюнь (21 октября 2008 г.). «Движение капель на микротекстурированных супергидрофобных поверхностях с регулируемой смачиваемостью». Ленгмюра . 24 (20): 11651–11660. DOI : 10.1021 / la802033q . PMID  18788770 .
  44. ^ Чой, Вонджэ; Тутя, Аниш; Чхатре, Шриранг; Mabry, Joseph M .; Коэн, Роберт Э .; МакКинли, Гарет Х. (5 июня 2009 г.). «Ткани с настраиваемой олеофобностью». Современные материалы . 21 (21): 2190–2195. DOI : 10.1002 / adma.200802502 . hdl : 1721,1 / 59316 .
  45. ^ Лим, Хо Сун; Квак, Донхун; Ли, Дон Юн; Ли, Сын Гу; Чо, Килвон (апрель 2007 г.). "УФ-управляемое обратимое переключение розообразной пленки оксида ванадия между супергидрофобностью и супергидрофильностью". Журнал Американского химического общества . 129 (14): 4128–4129. DOI : 10.1021 / ja0692579 . PMID  17358065 .
  46. ^ Чжао, Нин; Сюй, Цзянь; Се, Qiongdan; Вэн, Лихуэй; Го, Синлинь; Чжан, Сяоли; Ши, Лянхэ (5 июля 2005 г.). «Изготовление биомиметического супергидрофобного покрытия с микронано-бинарной структурой». Макромолекулярные быстрые коммуникации . 26 (13): 1075–1080. DOI : 10.1002 / marc.200500188 .
  47. ^ Кумар, Маниш; Бхардвадж (2020). «Характеристики смачивания листа Colocasia esculenta (Taro) и его биоинспирированной поверхности» . Научные отчеты . 10 (1): 935. Bibcode : 2020NatSR..10..935K . DOI : 10.1038 / s41598-020-57410-2 . PMC  6976613 . PMID  31969578 .
  48. ^ Яо, Кэ Синь; Цзэн, Хуа Чун (16 декабря 2008 г.). «Изготовление и поверхностные свойства композитных пленок SAM / Pt / ZnO / SiO 2 ». Ленгмюра . 24 (24): 14234–14244. DOI : 10.1021 / la802528y . PMID  19360946 .
  49. ^ Вакарелский, Иван У .; Patankar, Neelesh A .; Марстон, Джереми О .; Чан, Дерек YC; Тороддсен, Сигурдур Т. (12 сентября 2012 г.). «Стабилизация парового слоя Лейденфроста текстурированными супергидрофобными поверхностями». Природа . 489 (7415): 274–277. Bibcode : 2012Natur.489..274V . DOI : 10.1038 / nature11418 . PMID  22972299 .
  50. ^ Сюэ, Чао-Хуа; Цзя, Шунь-Тянь; Чжан, Цзин; Тянь, Ли-Цян; Чен, Хун-Чжэн; Ван, Ман (12 января 2016 г.). «Подготовка супергидрофобных поверхностей на хлопчатобумажных тканях» . Наука и технология перспективных материалов . 9 (3): 035008. Bibcode : 2008STAdM ... 9c5008X . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/3/035008 . PMC  5099662 . PMID  27878005 .
  51. ^ Сюэ, Чао-Хуа; Цзя, Шунь-Тянь; Чен, Хун-Чжэн; Ван, Ман (12 января 2016 г.). «Супергидрофобные хлопчатобумажные ткани, полученные золь-гель покрытием TiO 2 и поверхностной гидрофобизацией» . Наука и технология перспективных материалов . 9 (3): 035001. Bibcode : 2008STAdM ... 9c5001X . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/3/035001 . PMC  5099655 . PMID  27877998 .
  52. ^ Се, Чиен-Тэ; Ву, Фан-Линь; Ян, Шу-Инь (август 2008 г.). «Супергидрофобность композитных нано / микроструктур: углеродные ткани, покрытые наночастицами кремнезема». Технология поверхностей и покрытий . 202 (24): 6103–6108. DOI : 10.1016 / j.surfcoat.2008.07.006 .
  53. ^ Су, Чанхон; Ли, Цзюнь; Гэн, Хунбинь; Ван, Цинцзюнь; Чен, Цинминь (декабрь 2006 г.). «Изготовление оптически прозрачной супергидрофобной поверхности за счет внедрения нанокремнезема». Прикладная наука о поверхности . 253 (5): 2633–2636. Bibcode : 2006ApSS..253.2633S . DOI : 10.1016 / j.apsusc.2006.05.038 .
  54. ^ Юань, Чжицин; Чен, Хонг; Чжан, Цзидэ; Чжао, Дэцзянь; Лю, Юэцзюнь; Чжоу, Сяоюань; Ли, Сонг; Ши, Пу; Тан, Цзяньсинь; Чен, Синь (2008). «Получение и характеристика самоочищающегося стабильного супергидрофобного линейного полиэтилена низкой плотности» . Наука и технология перспективных материалов . 9 (4): 045007. Bibcode : 2008STAdM ... 9d5007Y . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 9/4/045007 . PMC  5099649 . PMID  27878035 .
  55. ^ Рессин, Антон; Марко-Варга, Дьёрдь; Лорелл, Томас (2007). Технология микрочипов из пористого кремния и ультра- / супергидрофобные состояния для улучшенного биоаналитического считывания . Годовой обзор биотехнологии. 13 . С. 149–200. DOI : 10.1016 / S1387-2656 (07) 13007-6 . ISBN 978-0-444-53032-5. PMID  17875477 .
  56. ^ Байдья, Авиджит; Ганаи, Мохд Ажардин; Джакка Равиндран, Свати; Там, Кам Чиу; Дас, Сарит Кумар; Рас, Робин Х.А.; Прадип, Талаппил (27 октября 2017 г.). «Производство прочной и многофункциональной супергидрофобной бумаги без использования органических растворителей из строительных блоков на основе фторированной целлюлозы и нановолокна» . САУ Нано . 11 (11): 11091–11099. DOI : 10.1021 / acsnano.7b05170 . PMID  29059514 .
  57. ^ Ура, Джанет I .; Meng, Dennis D .; Ким, Чанг-Джин (2010). «Безмембранный микрочип топливного элемента, обеспечивающий самокачивание топливно-окислительной смеси». 2010 23-я Международная конференция IEEE по микроэлектромеханическим системам (МЭМС) . С. 168–71. DOI : 10.1109 / MEMSYS.2010.5442538 . ISBN 978-1-4244-5761-8.
  58. ^ Милькович, Ненад; Энрайт, Райан; Ван, Эвелин Н. (13 февраля 2012 г.). «Влияние морфологии капель на динамику роста и теплопередачу при конденсации на супергидрофобных наноструктурированных поверхностях». САУ Нано . 6 (2): 1776–1785. DOI : 10.1021 / nn205052a . ЛВП : 1721,1 / 85004 . PMID  22293016 .
  59. ^ Варсингер, Дэвид Э.М.; Сваминатан, Джайчандер; Maswadeh, Laith A .; Линхард V, Джон Х. (октябрь 2015 г.). «Супергидрофобные поверхности конденсаторов для перегонки через мембрану с воздушным зазором». Журнал мембрановедения . 492 : 578–587. DOI : 10.1016 / j.memsci.2015.05.067 . hdl : 1721,1 / 102500 .
  60. ^ Кемсли, Джиллиан (28 января 2013 г.). «Оксиды редкоземельных элементов по своей природе гидрофобны» . Новости химии и машиностроения . 91 (4): 31.
  61. ^ Уорсингер, Дэвид М .; Серви, Амелия; Ван Беллегхем, Сара; Гонсалес, Джоселин; Сваминатан, Джайчандер; Харраз, Джехад; Чунг, Хён Вон; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К .; Линхард V, Джон Х. (май 2016 г.). «Сочетание перезарядки воздухом и супергидрофобности мембраны для предотвращения засорения при мембранной перегонке». Журнал мембрановедения . 505 : 241–252. DOI : 10.1016 / j.memsci.2016.01.018 . hdl : 1721,1 / 105438 .
  62. ^ Servi, Amelia T .; Гильен-Бурриеза, Елена; Уорсингер, Дэвид М .; Ливернуа, Уильям; Нотаранджело, Кэти; Харраз, Джехад; Lienhard V, John H .; Арафат, Хасан А .; Глисон, Карен К. (февраль 2017 г.). «Влияние толщины и конформности пленки iCVD на проницаемость и смачивание MD мембран». Журнал мембрановедения . 523 : 470–479. DOI : 10.1016 / j.memsci.2016.10.008 . hdl : 1721,1 / 108260 .
  63. ^ Носоновский, Михаил; Хиджази, Вахид (25 сентября 2012 г.). «Почему супергидрофобные поверхности не всегда являются айсфобными». САУ Нано . 6 (10): 8488–8491. DOI : 10.1021 / nn302138r . PMID  23009385 .
  64. ^ Хиджази, Вахид; Соболев, Константин; Носоновский, Михаил (12 июля 2013 г.). «От супергидрофобности к ледофобии: анализ сил и взаимодействия» . Научные отчеты . 3 (1): 2194. Bibcode : 2013NatSR ... 3E2194H . DOI : 10.1038 / srep02194 . PMC  3709168 . PMID  23846773 .
  65. ^ Чен, Сюэмэй; Ма, Жуйюань; Чжоу, Хунбо; Чжоу, Сяофэн; Че, Луфэн; Яо, Шухуай; Ван, Зуанкай (28 августа 2013 г.). «Активация микромасштабного краевого эффекта на иерархической поверхности для подавления обледенения и поощрения размораживания» . Научные отчеты . 3 (1): 2515. Bibcode : 2013NatSR ... 3E2515C . DOI : 10.1038 / srep02515 . PMC  3755279 . PMID  23981909 .
  66. ^ Смит, Дж. Дэвид; Дхиман, Раджив; Ананд, Сушант; Реза-Гардуно, Эрнесто; Коэн, Роберт Э .; McKinley, Gareth H .; Варанаси, Крипа К. (2013). «Подвижность капель на поверхностях, пропитанных смазкой». Мягкая материя . 9 (6): 1772–1780. Bibcode : 2013SMat .... 9.1772S . DOI : 10.1039 / c2sm27032c . hdl : 1721,1 / 79068 .

  • Что такое супергидрофобные поверхности?
  • Руберклифф, Нил (1 апреля 2008 г.). «Супергидрофобные вещества» . Пробирка . Brady Харан для Ноттингемского университета .
  • Измерение угла смачивания на супергидрофобных поверхностях на практике