广东斯倍秀植绒科技有限公司

表面的短纤维形成不均匀的绒毛状纹理，从而增加了无纤维区域的粗糙度。增加粗糙度增强表面摩擦并调节润湿性，从而改善亲水表面的润湿性和疏水表面的非润湿性。

一、表面摩擦力增强

在经过实验并总结了1699年的传统摩擦定律后，阿蒙顿合乎逻辑地提出用公式(7)作为摩擦力的名称：[51,52]

μ= Ff/P

其中μ表示摩擦系数，Ff是摩擦力，P是法向力。由此可以明显看出，摩擦力主要取决于摩擦系数和法向力。表面粗糙度的增加会提升摩擦系数。[53] 换句话说，通过提高材料表面粗糙度，可以有效改善摩擦系数。静电植绒技术为改变材料表面物理状态提供了一种极具前景的方法。

静电植绒技术可帮助可穿戴传感器克服实际应用中运动伪

影和高接触压力的问题（图d)。[8,54] 当电极植绒体沿x轴移动时，测得剪切力Fx。实验结果表明，通过使用银镀纤维植绒织物可显著提升表面粗糙度，从而增强传感器与皮肤之间的摩擦系数（图e)。这种设计能有效降低防止皮肤与电极位移所需的接触压力，从而最大限度减少运动伪影。[54]

二、改性润湿性

基于理想热力学模型，在图f所示完全润湿粗糙表面的条件

下，温泽尔率先对该类表面的接触角进行了研究，并提出了固体表面粗糙度因子Rf与表观接触角之间的关系，其中[56]Rf被定义为真实表面积与投影面积的比值，最终温泽尔将该关系式表述为公式(8)：

Cosθ*= Rf cosθ

其中，θ*表示此时的表观接触角，θ是杨氏方程给出的平面接触角。卡西-巴克斯特改进了温泽尔方程的形式，用于确定液滴未完全润湿粗糙表面时的接触角（如图g所示）。[57] 在卡西-巴克斯特模型中，温泽尔方程被改写为公式(9)：

Cosθ*= Rf cosθ- f LA（ Rf cosθ+1）

其中，LA表示液-气界面在复合界面总投影中的占比。通过

公式(9)可以看出，改变表面粗糙度能够影响材料的润湿性。

张等人[58] 采用静电植绒结合表面改性的技术，成功制备出具有毛发状表面的材料。

如光学照片（图h)所示，该材料展现出优异的超疏水性。经静电植绒处理的粗糙表面显著提升了摩擦系数Rf，并优化了液膜厚度f LA。因此， [56] 疏水纤维的超疏水性能更优。 [58] 冯等人 [59] 设计了一种表面嵌入尼龙纤维的切削工具，这些纤维以纹理形式嵌入表面。图i中不同表面的接触角光学图像显示，静电植绒织物表面呈现出蜂窝结构的快速渗透现象，这直观展示了其润湿性能的显著提升。 [59–62] 综合来看，采用亲水性织物纤维的表面比普通平面具有更突出的亲水特性，而使用疏水性织物纤维的表面则展现出更强的疏水特性。 [63]

f）温泽尔模型。

g）卡西-巴克斯特模型。

参考文献：

[8] T.竹下、M.吉田、Y.竹井、A.内内、A.日野木、H.内田、T.小林《科学报告》2022年第12卷

[51]朱思刚，倪立勇，《微机械》2021年第12卷第368页

[52] H. P. Jost，Wear 1990

[53] W. E. Morton，J. W. S.Hearle，《纺织纤维的物理性质》，Elsevier出版社，剑桥，英格兰，2008年

[54] T.竹下、M.吉田、Y.竹井、A.内内、A.日野木、H.内田、T.小林，《科学报告》2019年第9卷第

[56]贝浩文、刘浩、陆志勇、朱耀立，《物理评论E》2015年第91卷第020401期

[57] D. Quere，《材料研究年鉴》2008年第38卷第71页

[58]张立，黄志，蔡伟，薛翔，闵翔，张浩，张哲，《有机涂层进展》2023年第174卷

[59]冯科、倪杰、张浩、陆栋，《国际先进制造技术期刊》2023年第129卷

[60]冯科、倪杰、王振、孟哲，《科学报告》2023年第13卷

[61]李军、张浩、冯科、赵浩，《材料》2022年第15卷。

[62]李军、冯科、赵浩、王哲、孟哲，《胶体与表面》A辑，2022年，第651卷。

[63]李Q.、吴Q.、黄R.、王J.、沈G池C.、吴L.、魏X.，《朗缪尔》2024年第40卷

——摘选自论文<<Electrostatic Flocking: Reborn to Embrace MultifunctionalApplications>>

链接： https://doi.org/10.1002/sstr.202500143

静电植绒六大优势之四