自清潔表面是指表面的灰塵，污物可以通過自然力如風(fēng)，雨，重力等自行脫落或者降解的表面。自清潔表面分為超疏水型物理自清潔表面和光催化型化學(xué)自清潔表面。眾所周知，荷葉表面由于超疏水性而具有物理自清潔性能，可以將灰塵從表面除去。這種物理自清潔特性使得玻璃、紡織品、木材、塑料和建筑物等能夠抵御水、細(xì)菌、污垢等帶來的污染。這不僅可以節(jié)省維護(hù)時(shí)間和成本，還可以減少水和化學(xué)品的使用，從而為保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。近年來，超疏水自清潔材料因其在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，軍事和日常生活中的重要優(yōu)勢而備受關(guān)注。

超疏水表面自清潔原理

通常，超疏水表面是指對(duì)水接觸角大于150°，同時(shí)滾動(dòng)角小于10°的表面。由于接觸角滯后的不同，超疏水表面可分為以下五種狀態(tài)：Wenzel 狀態(tài)、Cassie 狀態(tài)、微納米結(jié)構(gòu)的“荷葉”狀 態(tài)Wenzel和 Cassie 狀態(tài)之間的過渡亞穩(wěn)態(tài)、和 “壁虎”狀態(tài)。超疏水表面在自清潔、防霧/霜、油/水 分離、抗生物粘附和微流體系統(tǒng)方面有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，因而引起人們廣泛的研究興趣。

      超疏水自清潔原理可通過表面的動(dòng)態(tài)潤濕行為來解釋。Cassie 理論指出水滴與超疏水固體表面屬于復(fù)合接觸，即在此模型下液面界面包括液-固、液-氣兩個(gè)界面，而液-氣界面占比很大，所以水滴實(shí)際滾動(dòng)時(shí)的摩擦阻力很小。另外，灰塵與超疏水表面的附著力遠(yuǎn)小于灰塵與水滴的附著力，因此在一定的傾斜角下，水滴可以在滾動(dòng)的同時(shí)快速帶走污漬，最終實(shí)現(xiàn)超疏水自清潔效果。

光催化表面自清潔原理

光催化自清潔表面一般負(fù)載有光催化效應(yīng)的納米顆粒，不僅具有光催化降解有機(jī)污染物的特性，同時(shí)還兼具殺菌除臭和防紫外線性能。二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?，由于其?yōu)異的光催化效果和化學(xué)穩(wěn)定性， 已廣泛應(yīng)用于光催化功能表面的制備。當(dāng) TiO2 被能量大于其禁帶能的光照射時(shí)，其價(jià)帶電子躍遷至導(dǎo)帶，所產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)會(huì)遷移到TiO2 表面，從而通過界面電荷轉(zhuǎn)移來發(fā)生還原和氧化反應(yīng):具有強(qiáng)還原性的電子可以將周圍的氧還原成活性離子氧，而具有氧化性的空穴能與表面吸附的水分子或氧氧根離子反應(yīng)， 生成具有強(qiáng)氧化性的氫氧自由基。TiO2光催化劑納米粒子在光照下所表現(xiàn)出的極強(qiáng)的氧化-還原作用，最終可以將有機(jī)污染物氧化還原成 CO2、 H2O 等無機(jī)小分子物質(zhì)，同時(shí)達(dá)到抑制細(xì)菌生長和病毒活性的能力，以實(shí)現(xiàn)自清潔的目的，以負(fù)載納米 TiO2的棉織物為例，其光催化反應(yīng)機(jī)理圖如下圖所示。

結(jié)語