纳米/微米碳酸钙复合涂层的制备及其超疏水性质的研究

论文摘要

超疏水表面（superhydrophobic surface）是指接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。超疏水表面由于在工业领域和生化过程有着巨大的应用前景而引起了研究者的极大兴趣,例如：自清洁材料,抗黏附表面,防腐涂层等等。固体表面的浸润性不仅取决于固体表面化学组成还与表面几何形貌有关。Wenzel和Cassie-Baxter模型表明,合适的表面粗糙度和低表面自由能对于材料自清洁性能极其重要。通常条件下,有两种途径来制备超疏水表面：利用疏水材料来构建表面粗糙结构和在粗糙表面上修饰低表面自由能的物质。在本文中,我们发展了一种简便制备具有微纳复合结构的超疏水涂层的方法。我们通过把微纳米碳酸钙悬浊液旋涂到玻璃基底上,再经过低表面能物质--硬脂酸修饰后,制备出超疏水涂层。本文讨论了影响制备超疏水涂层所需的表面形貌的主要参数如：总的碳酸钙粉末含量,微纳米复合结构的重要性和微纳米碳酸钙的比率。本文采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外测量仪（FT-IR）和接触角测量仪（CA Meter）对所制得的超疏水涂层进行表征,同时还讨论了不同PH值对涂层稳定性能的影响,最后以Cassie模型对所制备的涂层进行了理论分析。实验结果表明,体系中最优的碳酸钙总含量为40 wt%,并且当且仅当微米碳酸钙含量为2 wt%,纳米碳酸钙含量为38 wt%时,所制备的涂层经过硬脂酸自组装单层膜表面修饰后具有自清洁功能,其表面的接触角为152.8°,滚动角为7.8°。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超疏水背景介绍
• 1.2 超疏水理论分析
• 1.2.1 Wenzel模型
• 1.2.2 Cassie模型
• 1.2.3 Cassie和Wenzel状态之间的转变
• 1.2.4 动态润湿行为
• 1.3 超疏水表面制备方法
• 1.3.1 模板法（Template Synthesis）
• 1.3.2 相分离法（Phase Separation）
• 1.3.3 电化学沉积法（Electrochemical Deposition）
• 1.3.4 电纺丝法（Electrohydrodynamics/electrospinning）
• 1.3.5 结晶过程控制（Crystallization Control）
• 1.3.6 气相沉积法（Vapor Deposition）
• 1.3.7 溶胶-凝胶法（Sol-gel Processing）
• 1.3.8 交替沉积法（Layer-by-layer Methods）
• 1.3.9 自组装法（Self-assembled Method）
• 1.4 超疏水表面/材料应用
• 1.4.1 制备具有特殊浸润性能的功能纺织品
• 1.4.2 防腐涂层
• 1.4.3 透明减反射涂层
• 1.4.4 防结冰积雪表面
• 1.4.5 减阻涂层
• 1.5 小结
• 1.6 选题意义和课题思路
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 课题思路
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料和仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 实验具体步骤
• 2.2.1 微米碳酸钙的制备
• 2.2.2 载玻片的预处理
• 2.2.3 总碳酸钙浓度的确定
• 2.2.4 微纳米复合结构对制备表面超疏水性质的影响
• 2.2.5 微纳米碳酸钙比率的确定
• 2.2.6 旋涂层数的影响
• 2.2.7 旋涂转速对表面形貌的影响
• 2.2.8 旋涂时间对表面形貌的影响
• 2.2.9 低表面能物质-硬脂酸的表面修饰
• 2.2.10 超疏水涂层的制备
• 2.2.11 超疏水涂层稳定性测试
• 2.3 实验表征方法
• 2.3.1 FE-SEM表征
• 2.3.2 接触角及滚动角测试
• 2.3.3 FT-IR表征
• 第三章 实验结果与讨论
• 3.1 微纳米碳酸钙的表面形貌
• 3.2 涂层厚度对表面形貌和表面超疏水性能的影响
• 3.3 旋涂转速对表面形貌的影响
• 3.4 旋涂时间对表面形貌的影响
• 3.5 碳酸钙浓度对表面覆盖度的影响
• 3.6 微纳米复合结构对表面超疏水性的重要性
• 3.7 超疏水涂层在不同pH下的稳定性测试
• 3.8 超疏水涂层修饰前后红外分析
• 3.9 超疏水涂层的理论分析
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 问题与展望
• 4.2.1 研究中存在的问题
• 4.2.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者及导师简介