植物表面超疏水及铝、铜合金基体超疏水、油表面的制备

论文摘要

本论文论述了仿生超疏水表面的研究进展,发现了十种新的自然界中的超疏水植物,测试了其润湿性能。并利用扫描电子显微镜和红外光谱、X-光电子能谱对表面形貌和化学成分进行了研究。在合金基体采用化学刻蚀构法造粗糙表面,并进行化学修饰,成功地制备了性能优异的超疏水和超双疏表面。采用含有盐酸、氢氟酸的水溶液刻蚀铝合金表面,在铝合金基体上得到了由六面体状的凸台和凹坑构成的深浅相间的结构,这些凸台与凹坑之间相互连通,在微米级的凸台上又分布有许多更细小的纳米级的凸台,具有了制备超疏水表面所需的微纳米相间的二级阶层结构,然后经乙基三氯硅烷修饰得到了具有良好超疏水性的表面。X-光电子能（XPS）显示所制超疏水表面有明显的C、Si、O元素的峰,水滴在该表面上的接触角达到了159°,滚动角<1°。考察了不同制备条件对疏水性能的影响,并对制备超疏水表面的抗腐蚀性、稳定性和电化学性质进行了测试。用氢氟酸和盐酸的混合液作为刻蚀剂,在铝合金基体上构筑了二元三维的微纳米结构,然后用棕榈酸-甲苯溶液对表面进行疏水化处理。得到了接触角157°,滚动角<3°的超疏水表面,采用扫描电子显微镜（SEM）和X-光电子能（XPS）对表面微细结构和成分进行了分析。结果表明：铝合金表面上具有一定粗糙度的微纳米结构,当水滴与表面接触时,在水滴和表面间可形成一层“气垫”。而且表面有一层低表面能的物质存在。运用Csssie理论进行了分析,并对表面的抗粘附性、防结冰和防结霜性能进行了测试。采用含有硫酸、磷酸、双氧水和水的混合液作为刻蚀剂处理铝合金和铜合金表面,用全氟辛酸-乙醇溶液进行表面修饰。在合金表面上产生了许多微纳米级相结合的不规则凹坑与凸起起结构,这种结构可以“捕获”大量的空气,与低表面能物质相结合使铝合金和铜合金表面具有了优异的超双疏性能。水滴在所制铝合金和铜合金表面上的接触角分别达到了157.6°和155.3°,滚动角都小于2°。油滴（机油）在铝合金和铜合金超双疏表面的接触角分别为153.5°和150.4°,滚动角都小于5°。考察了不同制备条件对双疏性能的影响,对超双疏表面的形成机理进行了解释,运用Cassie理论对表面的润湿性进行了分析,并对制备超双疏表面的抗酸碱性能和电化学性能做了测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 自然界中具有超疏水性能的生物体
• 1.1.1 荷叶
• 1.1.2 水稻叶
• 1.1.3 蝴蝶
• 1.1.4 水黾
• 1.1.5 蝉
• 1.2 超疏水表面的基本理论
• 1.2.1 表面自由能
• 1.2.2 表面粗糙度
• 1.3 超疏水表面的制备方法
• 1.3.1 自组装法
• 1.3.2 等离子体处理法
• 1.3.3 物理气相沉积法
• 1.3.4 化学气相沉积法
• 1.3.5 交替沉积法
• 1.3.6 电化学法
• 1.3.7 异相成核法
• 1.3.8 刻蚀法
• 1.3.9 溶胶-凝胶法
• 1.3.10 模板法
• 1.3.11 溶剂-非溶剂法
• 1.3.12 直接成膜法
• 1.3.13 电纺法
• 1.3.14 其它方法
• 1.4 超疏水表面的研究进展和发展趋势
• 1.5 课题的提出与研究目的及意义
• 第2章 自然界中几种超疏水植物新发现
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及仪器
• 2.2.2 实验操作步骤
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 植物表面微观结构和超疏水性能
• 2.3.2 植物表面成分
• 2.4 结论
• 第3章 铝合金基体超疏水表面的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及仪器
• 3.2.2 实验操作步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 乙基三氯硅烷修饰铝合金基体超疏水表面
• 3.3.2 棕榈酸修饰铝合金基体超疏水表面
• 3.4 结论
• 第4章 铝合金和铜合金基体超双疏表面的制备
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料及仪器
• 4.2.2 实验操作步骤
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表面微纳米结构与超双疏性能
• 4.3.2 表面成分分析
• 4.3.3 制备条件对合金基体表面超双疏性能的影响
• 4.3.4 不同pH值液滴对铝合金和铜合金基体超双疏性能的影响
• 4.3.5 铝合金和铜合金基体超双疏表面电化学性能测试
• 4.4 结论
• 第5章 水滴模板法制备蜂窝状聚苯乙烯多孔膜
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料及仪器
• 5.2.2 实验操作步骤
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 溶剂的影响
• 5.3.2 聚合物分子量的影响
• 5.3.3 溶液浓度的影响
• 5.3.4 环境湿度的影响
• 5.3.5 气流速率的影响
• 5.3.6 所制聚合物多孔膜的SEM表征结果
• 5.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文及专利目录