超疏水状态的润湿转变与稳定性测试

超疏水材料具有自清洁、防水、低粘附等特性,因此具有重要的应用价值.维持超疏水状态的稳定性,避免水侵入到材料表面微结构内部是实现这些特性的基础.本文在水下超疏水界面全反射的基础上,结合真空技术,提出了一种连续、直观的测试方法来测试超疏水状态的稳定性,并研究了cassie-wenzel润湿过渡行为及其临界压力.实验结果表明:对于典型的柱状微凸起结构,cassie-wenzel润湿转变过程可分为四个阶段:非润湿阶段、主要润湿阶段、强化润湿阶段和完全润湿阶段.主要润湿过程中的临界压力与理论值一致;强化润湿阶段需在较高的压力作用下进行,从而驱动固/液系统过渡到完全润湿阶段.与柱状结构相比,荷叶的乳突状微结构在润湿过程并不存在非润湿阶段,这是因为二者对外部压力的抵抗方式不同所致:柱状微结构通过增大柱子间悬挂液面的曲率来与外部压力建立平衡,而乳突状微结构则通过润湿过程中三相接触线密度的增加来强化毛细作用力,从而与外部压力建立平衡.