Development of Adjustable High- to Low-Adhesive Superhydrophobicity Using Aligned Electrospun Fibers

润湿 材料科学 接触角 聚苯乙烯 复合材料 胶粘剂 图层(电子) 表面能 静电纺丝 纤维 粘附 基质(水族馆) 润湿转变 纳米技术 聚合物 海洋学 地质学
作者
Yi Zhang,Yifu Li,Zhongchao Tan
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:39 (45): 15986-15996 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c02044
摘要

Superhydrophobic surfaces based on electrospun fibrous structures exhibit advantages of additive manufacturing and enable the passage of gases. Compared to randomly deposited fibers, directionally aligned fibers improve the control of surface wetting by a specified fiber orientation and predictable liquid–fiber contact interface. In this article, we create superhydrophobicity with adjustable adhesion based on the understanding of droplet wetting behavior on directionally aligned fibers. Directionally aligned polystyrene fibers with different diameters and interfiber distances (l) are produced using electrospinning with a rotating fin collector. The wetting behavior of droplets on the surfaces dressed by aligned fibers is characterized, and a thermodynamic model of wetting behavior is established to guide the experimental studies. As a result, high-adhesive superhydrophobicity is achieved on weak hydrophobic substrate surfaces dressed by aligned polystyrene fibers with a diameter of 1.8 μm and l between 5 and 130 μm. Water droplets (2 μL) exhibit a maximum contact angle of 156° and adhere to the fiber-dressed surfaces by tilting upside down. Low-adhesive superhydrophobicity is achieved by introducing an additional layer of aligned fibers to increase the transition energy barrier. On the dual-layer structure with an upper-layer l of 9 μm, droplets show a contact angle of 155° and can readily roll off the surface. Moreover, increasing the upper-layer l to 15 μm reserves the surface to high-adhesive superhydrophobicity.
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