先给大家看一段视频材料
敬爱的刘国柱老师、亲爱的同学们，大家下午好，很荣幸能够站在在这里展示我们小组成果，首先介绍一下我们小组的人员分工情况。
下面进入正题，刚刚大家都看了一段视频，不知道大家看到这些手机啊Pad啊单反啊泡在水里、淋在雨中会不会感到心疼，反正我不会，因为不是我的。
和大家开个玩笑，其实就算这些都是我的，我也不会心疼，因为在这些数码产品中都用到了一种高科技，那就是我们今天要向大家介绍的-------仿生纳米超疏水表面材料。
接下来，我将从理论背景、理论研究、仿生学研究、纳米超疏水表面材料的制备与应用三个方面来向大家阐述。
理论背景
首先让我们先来了解一下润湿的概念。当液体与固体接触时，液体会沿着固体表面向外扩展，同时系统中原来的固气界面和液气界面逐渐地被新的固液界面取代，这一过程称为润湿。从科学角度，润湿与否是根据接触角来进行判断的。
到达平衡时，在气、液、固三相交界处，气-液界面和固-液界面之间的夹角称为接触角，用θ表示。习惯上将液体在固体表面上的接触角 =90°时定义为润湿与否的标准，>90°为不润湿， <90°则为润湿，接触角越小，润湿性能越好。
大家看这张图片，随着固体表面的不断倾斜，液滴受重力作用会发生运动，液滴在运动方向前后液滴的动态接触角存在着差异，前面的动态接触角最大，称为前进接触角，后面的动态接触角最小，称为后退接触角;二者的差值称为动态接触角滞后。固体表面的动态接触角滞后
越小，滚动角越小，越容易滚动。
当静态接触角很大，滞后很小时，液滴既不会润湿固体表面，也不会在表面停留，我们称这种表面为超疏水表面。经过严密分析，科学家将静态接触角大于150°，动态接触角滞后小于10°的表面定义为为超疏水表面。
拥有超疏水表面的固体可在其接触液体时，液滴不但不能润湿固体表面，还能带走固体表面相对亲水的灰尘颗粒，拥有自清洁特性。因此，超疏水材料的应用前景十分广阔，包括电子产片防水防潮、微量注射器针尖防污染、织物表面防水等。
而普通疏水表面虽然能满足液滴不润湿表面，但液滴会在上面停留，由此会造成表面堵塞、污染等。
理论研究
超疏水表面这么好，那我们怎样才能获得呢？为此科学家进行了论研究！ 1805年，英国科学家托马斯杨经过科学研究推出了一个经典的杨氏方程
（2）
young’s方程模型是描述光滑固体表面润湿的理想模型，该模型说明了在理想固体表面接触角只与固液气界面的表面能有关，通过修饰固体表面化学成分能在一定程度上提高接触角，但有一个极限，目前极限是120度，难以达到超疏水状态。
1936年，美国科学家Wenzel拓展了Young理论，并首次提出了粗糙固体表面的润湿理论，即经典的Wenzel理论。 Wenzel利用表面粗糙度因子r将粗糙固体表面的润湿性与理想固体表面的润湿性结合起来，推导出了经典的Wenzel方程，即
并由此得出结论，非理想固体的粗糙表面使得固有亲水的固体表面更加亲水，固有疏水的固体表面更加疏水。因此除了修饰化学成分外，在固体表面构建粗糙结构也能获得静态接触角大于150°的粗糙表面。
1944年，Cassie和Baxter又进一步拓展了Wenzel理论。他们假设液体没有进入固体表面的粗糙结构中，而是悬浮在粗糙结构之上。一部分空气囊或者空气层被包裹在液体与固体表面之间，从而在液体下方形成了一个由固液和液气两种界面共同组成的复合的固液界面(即Cassie-Baxter界面)。在Cassie-Baxter润湿状态下，粗糙固体表面的润湿性可以使用Cassie-Baxter方程来描述：
（4） 由此科学家们得出结论，固液气三相界面能够增大静态接触角同时减小了动态接
触角滞后，处于此种润湿状态的，固体表面才能实现超疏水。
Wenzel润湿状态和Cassie-Baxter润湿状态都是实际存在的，在一定条件下二者可以相互转化，粗糙固体表面Wenzel润湿状态和Cassie-Baxter润湿状态之间的临界接触角氏的表达式:
（7）
但受自由能影响，CB状态很容易转化成W状态，但其逆过程难以发生。因此为了实现固体表面的超疏水，我们要努力达到CB状态并维持其稳定。
为了实现这两个目标，科学家们开始对自然界中的动植物进行仿生学研究 仿生学研究
优胜劣汰，适者生存。经过亿万年的自然进化，自然界中动植物的表面逐渐地形成了特殊的结构形态，这些特殊的结构形态赋予了动植物表面独特的、优异的功能特性，比如超疏水性、自清洁效应等。这些独特的功能特性使得动植物在大自然残酷的竞争中得以生存、繁衍。大自然中具有超疏水特性的动植物表面很多，其中荷叶、水龟腿、水稻叶、蝴蝶翅膀和玫瑰花瓣是生物超疏水表面的典型代表。
科学家们对动植物超疏水表面的仿生学研究和微纳米技术的发展息息相关。 1971年，德国科学家Ingeborg Rentschler在Planta上发表的文章The Wettabihty of Leaf Surfaces and the Submicroscopic Structure of their Wax，文章研究了73种常见植物叶片表面的润湿情况，测量了水在叶片表面的接触角，发现大多数织物表面水滴的接触角都在160°左右；接着作者用透射电子显微镜观察了
叶片表面的结构，提出猜想认为是叶片表面的蜡晶及蜡晶团簇使叶片具有疏水性。但这种猜想被后来的科学家证实是错误的。
随着上世纪70年代开始的纳米科学技术的发展热潮，以及80年代末90年代初隧道扫描显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)等微观表征技术的迅猛发展，人类对微观世界的研究尺度大大缩小，科技进入纳米时代，科学家对植物的超疏水表面的研究也得到了发展。
1997年德国科学家Bathlott用了和Ingeborg相似的研究思路，首先测量了水滴200余种乔木、灌木、蕨类植物的疏水叶片上的平衡静态接触角，然后用扫描电子显微镜观察叶片的表面形貌。Bathlott观察到了远比Ingeborg丰富的叶片表面形貌。
在实验观测结果的支持下，Bathlott探讨了疏水性与蜡层结构以及蜡层与叶片表面关系对疏水性的影响，发现所有叶片表面都覆盖有蜡质层，不过其分布有所不同，而且几乎所有的植物叶片都具有超疏水特性，作者认为这有助于防止病虫害且有利于气孔中二氧化碳的释放和氧气的吸收。这些具有超疏水表面的叶片都有如下几个共同特点： （1）每个表皮细胞都形成了一个或多个微米级疣状乳突以增加叶片表面形貌的粗糙度； （2）蜡的纳米级单晶或晶簇均匀地分布在表皮细胞上形成构成叶片表面的二级结构；
（3）叶片表面覆盖的蜡晶层并不是连续的，蜡晶与蜡晶之间存在空气，当蜡晶之间被水润湿时叶片表面就丧失了超疏水性。
2004年，Nosonovsky和Bhushan在Bathlott的思路上进行了进一步的研究，建立了一个类似的多尺度粗糙表面模型，并基于Caisse-Baxter理论对该模型的稳定性进行了研究，从理论上证明了分级的粗糙表面有利于Caisse-Baxter界面的稳定存在。
2011年，Bathlott作为特邀编辑和Ensikat, Neinhuis等在Beilstein J. Nanotechnol.上发表了一篇题为Superhydrophobicity in perfection:the outstanding properties of the lotus leaf的文章，从纳米尺度阐述了荷叶的多尺度粗糙表面具有疏水性的原因。文章做出了如下结论：（1）荷叶正面是分为3级的多尺度粗糙表面，第一级是表皮细胞的疣状乳突，第二级是覆盖在表面的蜡晶簇，第三级是的组成蜡晶簇的蜡纳米管；
（2）纳米蜡管的化学成分主要是二十九烷二醇（65%），二十九烷二醇亲水的羟基端被纳米管包裹在内侧，外侧和两端只露出强疏水的甲基，因此具有很强的疏水性，如图14所示，同时，水滴与纳米管接触时只有最顶端的几个原子与水接触，极大的减小了水与荷叶表面的接触面积，也就减小了吸附的作用力； （3）数个柔软的纳米蜡管以大约15°的角度形成亚微米团簇，纳米管之间互相支撑，提高了纳米管的机械性能，荷叶上表面的亚微米蜡纳米管簇如图15(a)所示，亚微米蜡纳米管簇在荷叶表面密集分布，每10μm2上大约分布有200个纳米管簇，亚微米管簇之间的空隙只有数十至数百纳米，极小的间隙加上纳米蜡管的强疏水性使得荷叶表面能达到Cassie-Baxter润湿状态； （4）荷叶表皮细胞的微米级疣状乳突形成使得水滴与荷叶表面的接触面积最小化，乳突与乳突之间的谷则构成了气体的良好通道，使得谷内始终与大气连通，有效的避免了气液固界面向固液界面的转化，是Cassie-Baxter润湿状态能稳定存在，如图16，同时，乳突也为表面的纳米蜡管提供了保护。
Bathlott、Ensikat和Neinhuis等为自然超疏水表面的形成原理在纳米尺度上提供了解释，也为人工合成多尺度粗糙超疏水表面提供了明确的思路。 纳米超疏水表面材料的制备与应用
仿生超疏水表面根据基体材料的差异一般可以分为五个类型：碳纳米管/线超疏水表面，微纳米硅结构超疏水表面，聚合物超疏水表面，金属氧化物纳米线/棒超疏水表面和金属超疏水表面。其的制作方法主要是以下两个思路：
（1）在固有疏水的固体表面上构建粗糙结构；
（2）在固有亲水表面上构筑粗糙结构后使用低表面能材料进行改性修饰。 纳米技术的应用使得我们能高效地在固体表面构建微纳米多尺度粗糙结构，目前主要应用的方法有：
光刻蚀法
光刻蚀是一种较为成熟的工艺，用于超疏水表面刻蚀的光刻蚀工艺主要有纳米压印光刻、电子束光刻、X射线光刻等。
模板法
一般来说，模板方法包括制备一个有特色的模板，然后模制复制品，最后除去模板。
除此之外还有电化学沉积法、等离子喷涂法等。
纳米超疏水表面在实际生活中有很多应用，像防水镀膜、织物防水涂层、金属防腐涂层等
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