仿生超浸润界面

李昶，帝国理工学院，博士研究生，李昶，(英国)帝国理工学院机械工程学院博士研究生。硕士学位获得于北京航空航天大学，期间于化学学院郑咏梅教授/江雷院士课题组从事仿生微纳米表面浸润课题研究；博士阶段正于帝国理工BamberBlackman教授/林建国院士团队继续研究表界面相关课题。

现为国际仿生工程学会会员，中国化学会会员；International Materials Reviews期刊审稿人European Journal of Biophysics期刊编辑部审稿人。2015年起至今在一线长期从事微纳米材料、表界面相关性能研究，课题涉及微纳米结构可控合成与表征、仿生微纳米超浸润界面材料集水性能等。

第1章　绪论 001

1.1 仿生超浸润领域背景及发展简史 002

1.2 超浸润界面研究的意义 004

1.3 仿生超浸润界面名词解释 005

1.4 本书内容总括 006

课后习题 006

参考文献 007

第2章　界面浸润基础理论 012

2.1 亲液性和疏液性的定义 013

2.2 超浸润 014

2.3 液滴与表面之间的浸润接触模型 015

2.3.1 杨氏模型 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- 固三相体系中的浸润情形 019

2.5 接触角滞后现象 021

2.6 本章小结 023

课后习题 023

参考文献 024

第3章　界面黏附基础理论与液滴行为 030

3.1 表面张力、润湿与黏附功 031

3.2 黏附理论 033

3.2.1 机械互锁理论 033

3.2.2 经典吸附理论 034

3.2.3 毛细- 黏性附着模型、抽吸模型 036

3.2.4 静电理论、化学键理论 037

3.2.5 黏附理论小结 038

3.3 浸润性、黏附力与液滴行为的关系 039

3.4 微纳米结构上的液滴受力、行为 040

3.4.1 微纳米沟槽与毛细力 040

3.4.2 锥度结构与拉普拉斯压差 041

3.4.3 异质结构与表面能梯度 042

3.4.4 倒刺、斜角、凹角结构与黏滞力差 043

3.4.5 动能诱导液滴合并与定向移动 044

3.5 本章小结 045

课后习题 045

基础知识参考书目 047

参考文献 047

第4章　界面浸润及黏附相关性能表征 050

4.1 静态接触角测量 051

4.2 液体界面张力测试 052

4.3 固体表面能测试 053

4.4 接触角滞后测试 054

4.4.1 前进角、后退角测试 054

4.4.2 滚动角测试 055

4.4.3 其他表征接触角滞后的方法 056

4.5 黏附力测试 057

4.6 本章小结 057

课后习题 058

参考文献 059

第5章　自然界超浸润界面 061

5.1 超疏水低黏附表面 063

5.1.1 荷叶 063

5.1.2 猪笼草 064

5.1.3 蚊子复眼 065

5.2 超疏油（超双疏） 表面 065

5.2.1 枯草芽孢杆菌 067

5.2.2 叶蝉 067

5.2.3 跳虫 067

5.3 超疏水高黏附表面 068

5.3.1 红玫瑰花瓣 068

5.3.2 花生叶 069

5.3.3 槐叶萍 069

5.3.4 壁虎脚掌 070

5.4 各向异性表面 071

5.4.1 蝴蝶翅膀 072

5.4.2 水黾足部 073

5.4.3 水稻叶 073

5.4.4 黑麦草叶 074

5.4.5 沙漠甲虫 075

5.4.6 蜘蛛丝 076

5.4.7 仙人掌 076

5.4.8 南洋杉叶 078

5.5 超亲水表面 078

5.6 水下超疏油界面 080

5.6.1 荷叶下表面 080

5.6.2 鲀鱼表皮 081

5.6.3 蛤蜊内壳 081

5.6.4 鱼鳞 082

5.6.5 虾壳 083

5.6.6 海藻 083

5.7 本章小结 084

课后习题 084

参考文献 087

第6章　超浸润界面的仿生制备技术 093

6.1 “自下而上”法 094

6.1.1 水热生长 094

6.1.2 化学气相沉积 095

6.1.3 原子转移自由基聚合 096

6.1.4 表面氟化处理 096

6.1.5 涂布法 097

6.1.6 物理气相沉积法 098

6.1.7 电化学沉积法 099

6.1.8 静电纺丝法 100

6.1.9 逐层自组装 100

6.2 “自上而下”法 101

6.2.1 机械磨损 101

6.2.2 化学刻蚀法 102

6.2.3 等离子体处理 103

6.2.4 溶胶- 凝胶法 104

6.2.5 呼吸图法 104

6.3 整体模仿成型 105

6.3.1 软复型法 105

6.3.2 3D 打印 106

6.4 本章小结与补充说明 108

本章习题 109

参考文献 111

第7章　仿生超浸润材料及其应用 119

7.1 自清洁 120

7.1.1 空气中自清洁 120

7.1.2 水下自清洁 121

7.2 液滴操控 122

7.2.1 空气中液滴操控 122

7.2.2 水下油滴操控 123

7.3 集水 124

7.4 防覆冰 128

7.5 油水分离 130

7.5.1 超疏水- 超亲油材料 131

7.5.2 水下超疏油材料 131

7.5.3 捕油 134

7.6 防油涂层 134

7.6.1 超双疏表面 134

7.6.2 水下超疏油界面 135

7.7 耐腐蚀、化学屏蔽 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 载重漂浮 141

7.10.2 流动减阻 143

7.11 液体透镜 144

课后习题 145

参考文献 147

第8章　可切换浸润或黏附的智能响应界面 156

8.1 拉伸响应表面 157