本文基于对自然界现象的仿生模拟,结合对表面浸润性的理论研究,在各种基底表面,包括金属材料、碳毡材料、PU海绵等,可控制备了不同浸润性的表面。表面微纳米阶层结构,和较低的表面自由能,是制备超疏水表面的两个关键因素。本论文从这两个方面着手,以自然界中的超疏水现象为引导,采用多种不同的构筑方法,成功制备了不同的超疏水表面。采用SEM、EDS、XRD、XPS、AFM、TGA、FTIR、Raman、接触角测量仪、电化学工作站、微纳米力学测试系统等测试方法对所制得的超疏水表面进行表征,确定了这些样品的形貌、结构、组成、浸润性、抗腐蚀性等性能。结果表明这些表面具有非常优异的化学稳定性、自清洁、抗腐蚀、抗冰、抗机械磨损、水油分离、水中吸油等性能。主要研究内容和结果如下:(1)在不同的金属基底材料表面(包括,锌、铝、铁、铜,等等),通过刻蚀、化学置换/电化学沉积等手段,可控制备了表面微纳米阶层结构。然后,经过退火处理,表面浸润性发生了重大改变,展现出超疏水特性。通过对实验过程中不同参数的调控,寻找到最佳实验条件,进而获得理想的超疏水表面。在一系列的刻蚀/浸泡/退火处理过程中,并没有低表面能有机修饰剂的引入,是该制备方法的亮点之一。一般而言,有机物的引入会限制表面固有的金属特性,也会因为有毒性而对环境造成破坏。本文中的制备方法就很巧妙的避开了有机修饰剂的添加,制得的超疏水表面具有优良的化学稳定性、抗腐蚀性、抗冰性、抗机械磨损性等等。研究表明,由于退火过程使得表面化学组成发生了重大改变,如生产了金属氧化物、金属间化合物,等等,对表面自由能产生了影响,进而改变了表面浸润性。这一发现,对制备不同浸润性表面具有十分重要的参考价值,而退火处理取代有机物修饰的方法,也为制备超疏水表面提供了新思路。(2)利用4-(十七氟辛基)苯胺可以与碳材料发生化学吸附反应的原理,将裁剪合适尺寸的碳纤维材料,浸泡在用无水乙醇配置的10 m M 4-(十七氟辛基)苯胺溶液中24小时。然后,取出并用大量无水乙醇冲洗多次,并在室温下晾干。晾干后的碳纤维材料表面展现出了超疏水、超亲油的特性,表面与水的接触角高达150°,而与有机溶剂的接触角几乎为0°。因而,该超疏水、超亲油碳纤维材料能够成功用于水油分离、水中吸油等应用。此外,该碳纤维材料具有十分优秀的防火性能,蘸取乙醇溶液后点燃,该材料可不被点燃,待乙醇燃烧完后,仍能保持其本来形状不改变。经TGA测试,在1000℃的高温环境下,其碳纤维材料的质量没有任何损失。该超疏水、超亲油碳纤维材料的新颖之处在于其同时具备超疏水/超亲油性能,和防火性能。因而,可以用于对易燃易爆有机溶剂的处理,具有很好的商业应用价值和前景。(3)先将合适大小的PU海绵浸泡在多巴胺溶液中,使其表面包裹聚多巴胺,此时表面呈现超亲水特性。随后,将聚多巴胺海绵浸泡在10 m M1H,1H,2H,2H-全氟十二烷硫醇(PFDT)乙醇溶液中24小时。取出后用大量无水乙醇冲洗多次,然后晾干,此时的海绵呈现出超疏水、超亲油特性。这是由于多巴胺和PFDT之间发生了化学反应,使得海绵表面被氟化处理。所制备的氟化海绵具有非常优秀的吸油性,对氯仿、甲苯、己烷、乙醚、乙酸乙酯、花生油等的吸附能力约为其自身重量的28-59倍。亮点之处在于其能够有效用于水中除油、水油分离等应用,不管油的密度大于或者小于水密度,都能有效地将其分离。(4)鉴于超疏水/超亲油表面广泛的应用领域,制备简洁、便利的超疏水涂层是当务之急。本方法通过将高密度聚乙烯(HDPE)分散在二甲苯溶液中,利用多组分溶剂分离法,制得超疏水涂层,可快速简单的涂在各种基底表面,如,玻璃、金属网、PU海绵等,获得超疏水/超亲油表面。制得的超疏水/超亲油铜网、PU海绵可以有效用于自清洁、抗腐蚀、水油分离、水中除油等领域,并具有很好的化学稳定性。本方法的亮点之处在于其能随意使用在各种基底表面,能够快速制备超疏水/超亲油表面,限制条件很少,制备工艺简单,可大批量生产。