固体表面性质它来啦——超疏水自清洁

自清洁表面是指表面的灰尘，污物可以通过自然力如风，雨，重力等自行脱落或者降解的表面。自清洁表面分为超疏水型物理自清洁表面和光催化型化学自清洁表面。众所周知，荷叶表面由于超疏水性而具有物理自清洁性能，可以将灰尘从表面除去。这种物理自清洁特性使得玻璃、纺织品、木材、塑料和建筑物等能够抵御水、细菌、污垢等带来的污染。这不仅可以节省维护时间和成本，还可以减少水和化学品的使用，从而为保护生态系统做出贡献。近年来，超疏水自清洁材料因其在工业，农业，军事和日常生活中的重要优势而备受关注。

超疏水表面自清洁原理

通常，超疏水表面是指对水接触角大于150°，同时滚动角小于10°的表面。由于接触角滞后的不同，超疏水表面可分为以下五种状态：Wenzel 状态、Cassie 状态、微纳米结构的“荷叶”状 态Wenzel和 Cassie 状态之间的过渡亚稳态、和 “壁虎”状态。超疏水表面在自清洁、防雾/霜、油/水 分离、抗生物粘附和微流体系统方面有非常重要的应用价值，因而引起人们广泛的研究兴趣。

      超疏水自清洁原理可通过表面的动态润湿行为来解释。Cassie 理论指出水滴与超疏水固体表面属于复合接触，即在此模型下液面界面包括液-固、液-气两个界面，而液-气界面占比很大，所以水滴实际滚动时的摩擦阻力很小。另外，灰尘与超疏水表面的附着力远小于灰尘与水滴的附着力，因此在一定的倾斜角下，水滴可以在滚动的同时快速带走污渍，最终实现超疏水自清洁效果。

光催化表面自清洁原理

光催化自清洁表面一般负载有光催化效应的纳米颗粒，不仅具有光催化降解有机污染物的特性，同时还兼具杀菌除臭和防紫外线性能。二氧化钛作为光催化剂，由于其优异的光催化效果和化学稳定性， 已广泛应用于光催化功能表面的制备。当 TiO2 被能量大于其禁带能的光照射时，其价带电子跃迁至导带，所产生的电子-空穴对会迁移到TiO2 表面，从而通过界面电荷转移来发生还原和氧化反应:具有强还原性的电子可以将周围的氧还原成活性离子氧，而具有氧化性的空穴能与表面吸附的水分子或氧氧根离子反应， 生成具有强氧化性的氢氧自由基。TiO2光催化剂纳米粒子在光照下所表现出的极强的氧化-还原作用，最终可以将有机污染物氧化还原成 CO2、 H2O 等无机小分子物质，同时达到抑制细菌生长和病毒活性的能力，以实现自清洁的目的，以负载纳米 TiO2的棉织物为例，其光催化反应机理图如下图所示。

结语