仿生超浸潤界面

第1章　緒論 001
1.1 仿生超浸潤領域背景及發(fā)展簡史 002
1.2 超浸潤界面研究的意義 004
1.3 仿生超浸潤界面名詞解釋 005
1.4 本書內(nèi)容總括 006
課后習題 006
參考文獻 007

第2章　界面浸潤基礎理論 012
2.1 親液性和疏液性的定義 013
2.2 超浸潤 014
2.3 液滴與表面之間的浸潤接觸模型 015
2.3.1 楊氏模型 015
2.3.2 Wenzel 模型 016
2.3.3 Cassie-Baxter 模型 017
2.3.4 Transition 模型 018
2.4 水- 油- 固三相體系中的浸潤情形 019
2.5 接觸角滯后現(xiàn)象 021
2.6 本章小結 023
課后習題 023
參考文獻 024

第3章　界面黏附基礎理論與液滴行為 030
3.1 表面張力、潤濕與黏附功 031
3.2 黏附理論 033
3.2.1 機械互鎖理論 033
3.2.2 經(jīng)典吸附理論 034
3.2.3 毛細- 黏性附著模型、抽吸模型 036
3.2.4 靜電理論、化學鍵理論 037
3.2.5 黏附理論小結 038
3.3 浸潤性、黏附力與液滴行為的關系 039
3.4 微納米結構上的液滴受力、行為 040
3.4.1 微納米溝槽與毛細力 040
3.4.2 錐度結構與拉普拉斯壓差 041
3.4.3 異質(zhì)結構與表面能梯度 042
3.4.4 倒刺、斜角、凹角結構與黏滯力差 043
3.4.5 動能誘導液滴合并與定向移動 044
3.5 本章小結 045
課后習題 045
基礎知識參考書目 047
參考文獻 047

第4章　界面浸潤及黏附相關性能表征 050
4.1 靜態(tài)接觸角測量 051
4.2 液體界面張力測試 052
4.3 固體表面能測試 053
4.4 接觸角滯后測試 054
4.4.1 前進角、后退角測試 054
4.4.2 滾動角測試 055
4.4.3 其他表征接觸角滯后的方法 056
4.5 黏附力測試 057
4.6 本章小結 057
課后習題 058
參考文獻 059

第5章　自然界超浸潤界面 061
5.1 超疏水低黏附表面 063
5.1.1 荷葉 063
5.1.2 豬籠草 064
5.1.3 蚊子復眼 065
5.2 超疏油（超雙疏） 表面 065
5.2.1 枯草芽孢桿菌 067
5.2.2 葉蟬 067
5.2.3 跳蟲 067
5.3 超疏水高黏附表面 068
5.3.1 紅玫瑰花瓣 068
5.3.2 花生葉 069
5.3.3 槐葉萍 069
5.3.4 壁虎腳掌 070
5.4 各向異性表面 071
5.4.1 蝴蝶翅膀 072
5.4.2 水黽足部 073
5.4.3 水稻葉 073
5.4.4 黑麥草葉 074
5.4.5 沙漠甲蟲 075
5.4.6 蜘蛛絲 076
5.4.7 仙人掌 076
5.4.8 南洋杉葉 078
5.5 超親水表面 078
5.6 水下超疏油界面 080
5.6.1 荷葉下表面 080
5.6.2 鲀魚表皮 081
5.6.3 蛤蜊內(nèi)殼 081
5.6.4 魚鱗 082
5.6.5 蝦殼 083
5.6.6 海藻 083
5.7 本章小結 084
課后習題 084
參考文獻 087

第6章　超浸潤界面的仿生制備技術 093
6.1 “自下而上”法 094
6.1.1 水熱生長 094
6.1.2 化學氣相沉積 095
6.1.3 原子轉移自由基聚合 096
6.1.4 表面氟化處理 096
6.1.5 涂布法 097
6.1.6 物理氣相沉積法 098
6.1.7 電化學沉積法 099
6.1.8 靜電紡絲法 100
6.1.9 逐層自組裝 100
6.2 “自上而下”法 101
6.2.1 機械磨損 101
6.2.2 化學刻蝕法 102
6.2.3 等離子體處理 103
6.2.4 溶膠- 凝膠法 104
6.2.5 呼吸圖法 104
6.3 整體模仿成型 105
6.3.1 軟復型法 105
6.3.2 3D 打印 106
6.4 本章小結與補充說明 108
本章習題 109
參考文獻 111

第7章　仿生超浸潤材料及其應用 119
7.1 自清潔 120
7.1.1 空氣中自清潔 120
7.1.2 水下自清潔 121
7.2 液滴操控 122
7.2.1 空氣中液滴操控 122
7.2.2 水下油滴操控 123
7.3 集水 124
7.4 防覆冰 128
7.5 油水分離 130
7.5.1 超疏水- 超親油材料 131
7.5.2 水下超疏油材料 131
7.5.3 捕油 134
7.6 防油涂層 134
7.6.1 超雙疏表面 134
7.6.2 水下超疏油界面 135
7.7 耐腐蝕、化學屏蔽 136
7.8 防堵塞 137
7.9 抗生物黏附、抗菌 138
7.10 漂流 141
7.10.1 載重漂浮 141
7.10.2 流動減阻 143
7.11 液體透鏡 144
課后習題 145
參考文獻 147

第8章　可切換浸潤或黏附的智能響應界面 156
8.1 拉伸響應表面 157
8.1.1 各向同性表面 159
8.1.2 各向異性表面 159
8.2 磁響應界面 161
8.2.1 空氣環(huán)境 161
8.2.2 水下環(huán)境 164
8.3 溫度響應界面 165
8.3.1 空氣環(huán)境 166
8.3.2 水下環(huán)境 169
8.4 電響應界面 171
8.4.1 空氣環(huán)境 172
8.4.2 水下環(huán)境 176
8.5 光響應界面 180
8.5.1 空氣環(huán)境 180
8.5.2 水下環(huán)境 183
8.6 pH 值響應界面 186
8.6.1 水下油浸潤性切換 186
8.6.2 水下油黏附性切換 187
8.7 其他響應 189
8.7.1 結構誘導（水下環(huán)境） 189
8.7.2 密度響應（水下環(huán)境） 190
8.7.3 路易斯酸堿作用（水下環(huán)境） 191
8.7.4 濕度響應（空氣環(huán)境） 192
8.7.5 氣流響應（空氣環(huán)境） 194
8.8 雙響應、多響應 194
8.8.1 雙響應 195
8.8.2 多響應 196
8.9 本章小結 198
課后習題 198
參考文獻 199

第9章　超浸潤相關領域的新發(fā)展 209
9.1 水能收集 210
9.1.1　壓電納米發(fā)電機 211
9.1.2　摩擦生電納米發(fā)電機 211
9.1.3　基于材料表面能的能量轉化 213
9.2 熱管理 213
9.2.1　冷凝傳熱 214
9.2.2　太陽能蒸汽產(chǎn)生技術 214
9.3 量子限域離子超流體 216
9.3.1　超流體的概念及發(fā)展 216
9.3.2　在電池領域的應用 218
9.3.3　離子通道鹽差發(fā)電 220
9.4 兩親性超分子 222
9.4.1　自組裝刺激響應納米材料 222
9.4.2　制備多孔材料 225
9.4.3　合成納米孔/ 離子通道 226
9.4.4　在無機材料表面的組裝 228
9.4.5　兩親超分子的藥物釋放應用 230
課后習題 232
參考文獻 233

第10章　總結與展望 238

課后習題參考答案 243