特殊浸润性有机硅表面的构筑及性能研究

论文摘要

特殊浸润性界面在工农业生产和日常生活中都有着非常广阔的应用前景,并一直受到人们的关注。人们已经在特殊浸润性领域,例如超疏水、超双疏、智能浸润性开关等方向取得了一系列的进展。在这样的研究背景下,本文从表面化学组成和表面微观结构两个方面入手,利用简单的相分离法构筑了微/纳米结构的表面。并通过控制实验参数,实现了对体系中结构及界面性质的良好的控制,为功能界面的进一步应用奠定了基础。主要内容如下：1、利用相分离的方法在玻璃基底上构筑了有机硅微/纳米结构表面。通过调节反应体系的含水量,控制单体在表面的聚合方向,得到了表面微观结构可调的表面；通过改变单体中烷基的链长,制备了不同结构的表面。研究表明,体系含水量的增加,表面微观结构出现由少量的纳米突起,三维网状纳米纤维最后到微米球的变化,接触角也随之发生变化；改变单体链长,基团的体积效应影响单体活性,进而影响其在表面的聚合。从而实现了表面浸润性的调控。2、受沙漠甲虫收集饮用水的本领的启发,得到含油废水处理的新思路。将特殊浸润性界面研究从空气中拓展到了水下,通过设计表面组成和结构,得到水下具有集油性能的新型功能界面材料。我们选用低表面能的氟硅烷,利用其水解聚合,在玻璃表面上制备了三维微/纳米结构的表面,并实现了水下集油特性。这种新型界面材料可以克服传统吸油材料除油污而引起的二次污染问题,经过简单处理即可以达到循环使用的功效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第1章 绪论
• 1.1 表面浸润性研究中的基本概念及常用理论
• 1.1.1 表面自由能
• 1.1.2 接触角和Young's方程
• 1.1.3 表面粗糙度和非理想固体表面的浸润性模型
• 1.1.3.1 Wenzel模型
• 1.1.3.2 Cassie-Baxter模型
• 1.1.3.3 Wenzel-Cassie共存的模型
• 1.2 特殊浸润性表面的研究概况
• 1.2.1 空气中特殊浸润性表面的研究
• 1.2.1.1 超疏水表面
• 1.2.1.2 超双疏表面
• 1.2.1.3 超亲水表面
• 1.2.2 水下特殊浸润性表面的研究
• 1.2.2.1 水下超疏水的稳定性
• 1.2.2.2 水下超疏油表面
• 1.2.2.3 水下智能表面
• 1.2.2.4 水下超亲油表面
• 1.3 有机硅高分子的简介
• 1.3.1 有机硅高分子的合成
• 1.3.2 有机硅高分子的结构与性质
• 1.3.3 有机硅高分子在浸润性方面的研究概况
• 1.4 本文的立题思想
• 第2章 浸润性可调的有机硅纳米结构表面
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品与仪器
• 2.2.2 纳米结构有机硅表面的制备
• 2.2.3 纳米结构有机硅表面的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 含水量影响的甲基三氯硅烷表面的研究
• 2.3.1.1 甲基三氯硅烷的反应过程
• 2.3.1.2 甲基三氯硅烷衍生表面的形貌
• 2.3.1.3 甲基三氯硅烷衍生表面的浸润性
• 2.3.1.4 机理研究
• 2.3.2 端基影响的有机硅表面的研究
• 2.3.2.1 不同端基的硅烷单体衍生表面的形貌
• 2.3.2.2 不同端基的硅烷单体衍生表面的浸润性
• 2.3.2.3 机理研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 水下集油的有机氟硅烷衍生的三维网络表面
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品与仪器
• 3.2.2 有机氟硅烷衍生表面的制备
• 3.2.3 有机氟硅衍生表面的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 有机氟硅烷衍生表面的浸润性
• 3.3.2 有机氟硅烷衍生表面的形貌
• 3.3.3 有机氟硅烷衍生表面的水下集油特性
• 3.3.4 有机氟硅烷衍生表面的集油性能优势
• 3.3.5 机理研究
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢