Superhydrophobic Surfaces

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出版者:Brill
作者:Carre, Alain
出品人:
页数:496
译者:
出版时间:2009-4
价格:$ 313.01
装帧:
isbn号码:9789004165939
丛书系列:
图书标签:
  • 超疏水表面
  • 表面改性
  • 材料科学
  • 纳米材料
  • 流体动力学
  • 界面科学
  • 自清洁
  • 防腐蚀
  • 生物医学
  • 微纳结构
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具体描述

Superhydrophobic surfaces (water contact angles higher than 150 ) can only be achieved by a combination of hydrophobicity (low surface energy materials) with appropriate surface texture. In nature one can find an array of impressive and elegant examples of superhydrophobic surfaces. For example, on a lotus leaf rain drops bounce off after impact, then entirely roll off the lotus leaf and drag along any dirt particles, without leaving residues. The artificial design of superhydrophobic and self-cleaning surfaces has become an extremely active area of fundamental and applied research. This book presents both fundamental and applied aspects of superhydrophobic surfaces. It describes also different strategies for making superhydrophobic surfaces from a large diversity of materials (polymers, metals and other inorganic materials, composites) and processes (lithographic techniques, electrochemical processes, self-assembly processes, colloidal particles, sol-gel processes, nanofilaments, or simple scraping). A bountiful of information is covered in this book which represents cumulative wisdom of many world-renowned researchers in the fascinating and burgeoning area of superhydrophobic surfaces.

表面科学的边界:功能性涂层与界面工程的深度探索 图书名称:《界面动力学:从纳米到宏观尺度的精密调控》 内容简介: 本书旨在全面深入地探讨界面科学和表面工程的前沿领域,聚焦于如何通过对物质表面进行精确的化学、物理和结构设计,实现对界面宏观性能的定制化控制。我们跳脱出单一的疏水性研究范畴,将视角扩展到更广阔的材料功能化、能源转化、生物医学应用以及极端环境适应性材料的开发。 本书结构严谨,内容涵盖了从基础理论到尖端应用的完整知识体系,特别强调了多尺度建模、先进表征技术在界面理解中的关键作用。 --- 第一部分:界面物理化学基础与先进表征 本部分奠定了理解表面现象的理论基石,并介绍了现代科学工具如何揭示界面行为的细微差别。 第一章:热力学与界面能的重塑 本章深入分析了吉布斯表面热力学在多组分体系中的应用,重点探讨了如何通过引入特定的官能团、形貌变化或梯度结构,主动调控表面自由能和界面张力。讨论了液体在不同固体表面铺展、润湿或排斥的能量学驱动力,并引入了曲面拉普拉斯方程在复杂几何结构中的修正模型。我们详细阐述了表面缺陷、晶界和孔隙率对整体界面性能的影响机制。 第二章:结构与化学的耦合:先进光谱学与显微技术 界面研究的精度高度依赖于表征手段。本章集中介绍如何利用X射线光电子能谱(XPS)、二次离子质谱(SIMS)、原子力显微镜(AFM)及其衍生技术(如静电力显微镜KEPM、摩擦力显微镜LFM)来获取表面元素组成、化学态分布和三维形貌信息。特别关注了原位(in-situ)和时间分辨技术(Time-Resolved Techniques)在监测动态界面过程(如腐蚀、吸附或反应)中的应用潜力。章节中包含大量案例分析,展示了如何利用这些数据反推界面结构与宏观性能的内在联系。 第三章:界面输运现象的理论模型 讨论了在界面梯度驱动下发生的物质和能量传递过程。内容包括界面扩散动力学、界面热导率的非传统机制(如声子散射与界面电阻)、电荷转移机制在半导体异质结和电催化剂表面的建模,以及如何利用分子动力学模拟(MD)和蒙特卡洛方法(MC)来精确预测界面上的质量和能量流。 --- 第二部分:功能化表面的精密构筑与调控 本部分是本书的核心,聚焦于通过可控的合成方法,实现对材料表面功能的“写入”。 第四章:自组装单分子膜(SAMs)的构筑与功能化 详细介绍了不同底物(如金属、氧化物、聚合物)上形成稳定、有序的SAMs的技术。重点分析了硫醇、硅烷、磷酸等不同头基与基底的相互作用机制。随后,章节深入探讨了如何通过改变SAM分子链的长度、侧链极性或引入响应性基团(如光敏基团、pH响应基团),实现对界面润湿性、生物相容性或摩擦学性能的远程调控。 第五章:化学气相沉积(CVD)与原子层沉积(ALD)在界面工程中的优势 本章重点阐述了ALD技术在实现亚纳米级厚度和极高均匀性薄膜沉积方面的独特优势。我们对比了等离子体增强ALD(PEALD)与热ALD在生长不同氧化物、氮化物和金属薄膜时的反应机理和残余应力控制策略。讨论了如何利用ALD在复杂三维结构(如多孔材料、纤维)的内表面实现保形涂覆,这对于微反应器和高能密度电池电极的设计至关重要。 第六章:图案化技术与微纳结构制造 表面形貌是决定界面性能的关键因素之一。本章系统介绍了光刻、电子束刻蚀、聚焦离子束(FIB)技术在构建精密微纳结构中的应用。特别关注了如何设计仿生学结构(如荷叶、昆虫翅膀结构)以实现对流体控制(如自驱动液体输运、液滴捕获与分离)。此外,详细分析了模板辅助沉积(Template-Assisted Deposition)在制造周期性阵列结构中的作用。 --- 第三部分:界面在能源与环境系统中的应用 本部分将理论和合成方法应用于解决实际工程挑战,重点关注高效的能源存储、转化以及污染物控制。 第七章:界面在电化学能源存储中的作用 深入探讨了电池和超级电容器中电极/电解质界面稳定性对循环寿命和功率密度的影响。讨论了固态电解质界面(SEI)的形成机制,以及如何通过表面预处理或添加剂策略来稳定锂金属负极界面、抑制枝晶生长。此外,分析了燃料电池催化剂载体界面对氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)效率的调控作用。 第八章:先进催化与光催化表面的设计 本章聚焦于如何通过调节催化剂的表面缺陷、晶面暴露和金属-载体相互作用(SMSI)效应来优化反应活性和选择性。详细讨论了半导体光催化剂在可见光驱动下的电荷分离效率与界面电子转移路径,以及如何通过表面负载贵金属纳米颗粒来构建高效的等离激元增强催化系统。 第九章:生物界面工程与医疗植入物 探讨了材料表面如何与生物环境相互作用,包括蛋白质吸附、细胞粘附、血栓形成和生物膜的生长。分析了通过表面亲/疏水性、电荷密度或特定配体的锚定,实现对细胞命运(如干细胞分化)的精确引导。同时,讨论了如何设计具有抗污损(Anti-fouling)或缓释药物功能的新型植入物涂层,以提高医疗器械的长期生物相容性。 --- 第四部分:极端条件下的界面响应与可靠性 本部分探讨材料表面在严苛工作环境下的持久性和适应性。 第十章:表面摩擦学与抗磨损涂层 系统研究了在不同载荷、速度和温度下,固体表面之间的摩擦行为和磨损机制。重点介绍了自润滑涂层(如DLC膜、过渡金属硫化物)的设计原理,以及如何通过引入低剪切强度的界面层来显著降低摩擦系数。讨论了边界润滑理论及其在极端真空或高压环境中的适用性。 第十一章:环境适应性与自修复界面 本章关注界面材料如何应对腐蚀、辐射和高温。深入分析了缓蚀剂在微观裂纹处的释放机制,以及通过梯度合金设计实现的高温抗氧化性能。最后,重点介绍了基于微胶囊或可逆化学键的自修复涂层技术,旨在延长关键结构在服役过程中的完整性和使用寿命。 总结与展望: 本书最后总结了当前界面科学面临的挑战,特别是多功能集成化、实时在线监测以及大规模、低成本制备技术的发展方向,展望了下一代智能界面材料的潜在突破口。

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读后感

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用户评价

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我最近对“Superhydrophobic Surfaces”这本书产生了浓厚的兴趣,尽管我尚未深入研读其具体内容,但单从书名就足以勾勒出其蕴含的科学魅力。我猜想,这本书会像一本引人入胜的科幻小说一样,带我走进一个全新的物质表面世界。我期待着它能够揭示那些我们司空见惯的物体表面,隐藏着怎样令人惊叹的“疏水”特性。例如,一片荷叶如何能够在雨滴的洗礼下保持光洁如初?雨滴又是如何轻盈地滚落,仿佛拥有了自己的生命?这本书会不会深入浅出地解释其中的物理原理,例如表面张力、润湿角的变化,以及微纳结构的巧妙设计?我甚至可以想象,书中会穿插一些生动的实验案例,或许是模拟雨滴在不同表面上的动态过程,又或者是展示如何人为地创造出具有超疏水性的材料。对于一个对自然现象充满好奇的我来说,能够通过一本书籍,理解这些看似寻常却又充满智慧的科学原理,本身就是一种极大的乐趣。我迫不及待地想知道,作者是如何将如此抽象的科学概念,以一种引人入胜的方式呈现出来,让即使是初学者也能领略到超疏水表面技术的精妙之处。这本书,在我心中,已经成为一本通往奇妙科学世界的大门,而我正准备推开它,去探索那片未知的领域。

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“Superhydrophobic Surfaces”这本书,在我心中勾勒出了一幅关于基础科学研究与前沿技术发展交织的壮丽画卷。我推测,这本书会是一部关于科学探索精神的颂歌,它不仅仅展示了已有成果,更可能引领读者思考未来的研究方向。我会期待书中不仅仅是关于“做了什么”,更是关于“为什么这么做”,以及“还能做得更好”。书中是否会包含大量的实验数据分析,以及对不同实验结果的深入解读?作者是否会分享他们在研究过程中遇到的瓶颈和解决方案,从而为后来的研究者提供宝贵的经验?我尤其感兴趣的是,这本书会如何探讨超疏水表面在极端环境下的性能表现,例如在高温、高压、强酸碱等条件下,这些表面是否依然能够保持其神奇的疏水特性?此外,书中是否会涉及与生物医学、环境保护、能源收集等领域的交叉研究,例如利用超疏水表面开发新型的生物传感器,或者用于废水处理和防污涂层?我期望这本书能够展现科学研究的严谨性、创造性以及其服务于人类社会的价值,并激发我对未来科技发展的信心。

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我对于“Superhydrophobic Surfaces”这本书的构想,是它能够像一部精心编排的交响乐,将不同领域的知识和谐地融汇在一起。我预感,这本书不会仅仅局限于材料科学本身,而是会巧妙地将化学、物理、工程甚至生物学的原理串联起来。我期待它能深入探讨制造超疏水表面的化学方法,例如通过特定的官能团修饰,或者利用等离子体处理来改变表面化学性质。同时,我也会好奇书中是否会涉及仿生学的概念,即从自然界中汲取灵感,模仿生物体表面的结构和功能来设计人工超疏水材料。例如,除了众所周知的莲叶效应,是否还有其他令人惊叹的自然界例子可以借鉴?我设想书中会详细介绍各种超疏水表面的性能测试方法,以及如何评估其耐久性、耐磨性、耐化学腐蚀性等关键指标。更重要的是,我希望能从中看到这些技术如何被整合到实际产品中,例如在航空航天、电子设备、建筑材料等领域。这本书,在我眼中,是一次跨学科的知识探索之旅,它将带领我理解一个复杂的科学问题是如何通过多角度、多方法的综合分析来得到解决的,从而认识到科学研究的整体性和系统性。

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我对“Superhydrophobic Surfaces”这本书的期待,更像是一种对物理世界奥秘的探求。我总觉得,自然界中许多看似简单的现象,背后都蕴含着深刻的物理定律,而超疏水表面无疑是其中一个极具代表性的例子。我想象这本书会以一种严谨而又不失趣味的方式,深入剖析超疏水现象背后的物理机制。它会不会从宏观的表面张力理论讲起,逐步深入到微观的分子相互作用,解释为何某些特定的表面结构和化学性质能够产生如此强大的疏水效果?我希望书中能够涉及一些关键的物理量和概念,例如接触角、表面能、能量最小化原理等等,并通过图示和数学模型来清晰地解释这些概念。我尤其期待书中能够探讨不同类型的超疏水表面,例如基于微观凹凸结构(如莲叶效应)的,以及基于化学改性的。了解这些不同策略的优劣,以及它们各自的适用范围,将会极大地拓展我对这一领域的认知。这本书,对我而言,是一次深入理解物质表面行为的契机,一次用物理学的语言去解读大自然鬼斧神工的旅程。

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对于“Superhydrophobic Surfaces”这本书,我脑海中浮现出的画面是一幅幅充满创新与未来感的场景。我设想,这本书将会是一本关于材料科学突破的宏大叙事,它不仅仅是关于“不沾水”这个简单的现象,更是关于如何通过精密的工程和前沿的纳米技术,来重新定义我们与物质表面的互动方式。我会期待书中详细阐述各种超疏水材料的制备方法,或许会介绍诸如化学气相沉积、自组装技术、微弧氧化等一系列高科技手段。我好奇这些方法是如何在微观层面构建出特定的表面形貌,从而赋予材料神奇的疏水性能。更重要的是,我渴望了解这些技术在现实世界中的广泛应用前景。想象一下,如果衣服能够永久保持洁净,汽车的玻璃能够自动清除雨水,医疗器械能够有效防止生物膜的形成,甚至建筑表面能够自清洁,减少维护成本,这该是多么颠覆性的改变!这本书很可能不仅仅是理论的堆砌,而是会聚焦于这些实际应用案例的开发过程,探讨其中的挑战与机遇。我期望它能够激发我对于未来科技的无限遐想,并让我对材料科学的潜力有更深刻的认识,感受科技如何改变我们的生活。

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