ZnO/C陶瓷植物叶片模板的超疏水陶瓷的制备及性能研究(2)

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3.2.1 晶体结构分析 18

3.2.2 表面形态和组成分析 19

3.2.3红外分析 21

3.2.4 超疏水性能分析 22

3.3 本章小结 24

第四章总结 25

致谢 25

参考文献 25

第一章绪论

进入21世纪以来，人类的科学研究正逐步强调从无机的周围世界转向包括自身的生命现象之中去。生物体经过亿万年的进化，经历了自然选择和优胜劣汰，形成了完美而特殊的结构，因此有着人工材料无可比拟的优越性能。如果将自然界中的这些具有优异性能的结构设计应用到实际的材料研究和制备中将会有广阔的发展空间。近年来，很多研究者以植物本身作为研究对象用各种方法企图获得植物本身原始的结构和性能，其中植物叶片的超疏水性表面就是研究的热点之一。文献综述

尽管国内外研究、制备超疏水性表面时间不长，但发展非常迅速，人们在这一领域的研究中也取得了很大的进展，而且已经利用多种方法制备出了多种性能优异的超疏水性表面。但以大自然中的生物为模板来制备人工材料的方法最近几年引起了广泛关注，该方法可以将耐高温并且具有较高机械性能的无机材料与生物所具有的特殊结构相结合从而制备出具有更广泛应用前景的多功能材料。

本文利用植物叶片为模板制备具有超疏水性的ZnO/C陶瓷，并分析了所制备材料的表面形貌、成分组成及其疏水性能。

1.1 超疏水概述

1.1.1 植物叶片的超疏水现象及表面特征

自然界中很多植物的叶片具有超疏水能力，如荷叶、粽叶、水稻叶、玫瑰花花瓣、旱金莲叶、花生叶等[1-5]。雨水落在这些叶片上可凝成水珠，水珠在叶片上滚动可带走表面的灰尘。因此叶片在雨后会变得一尘不染，有利于其接受更多的阳光和进行更有效的光合作用。这就是植物叶片的超疏水现象，产生的效应称为“荷叶效应”。

荷叶呈现超疏水现象是首先由Barthfott和Neinhuis[6-7]两个人发现的。1997年，他们指出这种自清洁的特性是由粗糙表面上微米结构的乳突以及表面蜡状物质的存在共同引起的，但其中的机理尚不明确。2002年，江雷[8]课题组发现在荷叶表面微米的乳突结构上还存在着纳米结构，并认为这种微纳米多级结构是引起表面超疏水性的根本原因，并由此产生超疏水表面具有较大的接触角及较小的滚动角。如图1a和2a分别是水滴在荷叶和粽叶表面上的照片，从图中可以看到，水滴在叶片表面呈球状，表明叶片表面具有超疏水性能。在超高分辨率显微镜下可以清晰看到（图1b 和图 2b），荷叶和粽叶表面上有许多微小的乳突，而每个乳突又由纳米结构分支组成的。在叶面上布满着一个挨一个隆起的“小山包”，它上面长满绒毛或褶皱形状。因此，在“山包”间的凹陷部分充满着空气，这样就在紧贴叶面上形成一层极薄，只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，只能同叶面上“山包”的凸顶形成几个点接触。雨点在自身的表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是“荷叶效应”能自洁叶面的奥妙所在。

新鲜荷叶及水滴在叶片表面的形态