超疏水、超双疏材料的制备与研究

论文摘要

纳米材料、微纳复合材料尤其是具有特殊浸润性(如超疏水性、超双疏性等)的微纳复合材料在人们的日常生活和国民生产各个部门都有着广泛的应用前景,因而也引起科学界的广泛关注。由于固体表面的浸润性决定于其表面的化学组成和表面形貌,因此通过改变固体的表面自由能和表面形貌可以实现对固体材料表面浸润性控制。本论文正是基于这一理论从固体的表面化学组成和表面微观结构两个方面入手,利用多种技术手段和各种化学物质构筑了微纳米结构的表面,同时控制所制备结构的表面自由能,实现了对固体表面浸润性的控制,为功能纳米界面的进一步应用奠定了基础。主要内容如下:1.利用聚合物二次复形的方法在PDMS表面复制了并还原了玫瑰花表面的微观形貌,制备出了具有高粘滞力特性的仿生超疏水表面。经研究表明:所制备表面之所以具有高粘滞和超疏水的特性是由于其特殊的乳突状微米结构、凹槽状纳米结构和PDMS表面化学组成所决定的。此外,由于其具有高粘滞超疏水特性和一定的防酸碱腐蚀的作用,使得所制备表面可以在微量液体尤其是腐蚀性液体的传输上获得应用。2.采用自组装的方法在金属铜、锌等表面构筑了具有微纳复合结构的超双疏表面。该方法十分简单,并且所制备的表面具有优良的疏水疏油性能,对水和油的接触角都超过160°,水滴和油滴很容易从所制备的表面滚落,滚动角也都小于5°。此外,所制备的表面还具有出色的化学和热稳定性。各种表征结果和理论分析表明:所制备表面具有的优良的超双疏和稳定性是有其自身所具有的特殊的化学结构和表面微观形貌所决定的。3.采用一步电化学沉积的方法在各种金属及合金(铜、铁、钛、锌、铝,铜锌合金等)上制备出了具有防腐特性的稳定的超疏水表面。本方法操作简单,反应速度快并且具有非常好的普适性。此外,利用上述方法可以在金属网上构筑超疏水/超亲油的网状结构,实现油水分离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 固体表面的浸润性
• 1.2 固体表面浸润性的基本理论
• 1.2.1 静态的表征——接触角
• 1.2.2 动态表征——前进角、后退角和接触角滞后
• 1.3 表面粗糙度与表面自由能
• 1.3.1 光滑表面的浸润性
• 1.3.2 粗糙表面的浸润性
• 1.3.3 亲水与疏水的新界限
• 1.3.4 超亲水与超疏水状态
• 1.4 超疏水表面的制备方法
• 1.4.1 模板法
• 1.4.2 自组装法
• 1.4.3 气相沉积法
• 1.4.4 电纺法
• 1.4.5 电化学沉积法
• 1.4.6 一步浸泡法
• 1.4.7 其它方法
• 1.5 超双疏表面的制备方法
• 1.5.1 电化学腐蚀法
• 1.5.2 气相沉积法
• 1.5.3 相分离法
• 1.5.4 电化学沉积法
• 1.5.5 其他方法
• 1.6 立题思想
• 1.7 参考文献
• 第二章 仿生高粘滞超疏水表面
• 2.1 引言
• 2.2 试验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 制备流程
• 2.2.3 平滑PDMS表面的制备
• 2.2.4 表征手段
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 玫瑰花花瓣的表面形貌
• 2.3.2 玫瑰花花瓣的表面浸润性
• 2.3.3 理论分析
• 2.3.4 复形的微观形貌
• 2.3.5 PDMS复形产物的浸润性
• 2.3.6 其它花瓣的微观结构
• 2.4 本章小结
• 2.5 参考文献
• 第三章 超双疏材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 制备流程
• 3.2.3 表征手段
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 化学结构分析
• 2[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的形貌'>3.3.2 Cu₂[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的形貌
• 2[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的浸润性'>3.3.3 Cu₂[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的浸润性
• 2[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的环境稳定性'>3.3.4 Cu₂[CF₃（CF₂）₈COO]₄膜的环境稳定性
• 2[CF₃（CF₂）₈COO]₄微球的形成'>3.3.5 Cu₂[CF₃（CF₂）₈COO]₄微球的形成
• 2[CF₃（CF₂）₈COO]₄生长和浸润性的因素'>3.3.6 影响Cu₂[CF₃（CF₂）₈COO]₄生长和浸润性的因素
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 第四章 电化学沉积法制备超疏水表面
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 金属脂肪酸盐微簇薄膜的制备
• 4.2.3 金属脂肪酸盐微簇薄膜的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 所制备超疏水表面微观形貌
• 4.3.2 十四酸铜微簇的化学结构分析
• 4.3.3 利用电化学沉积法制备的超双疏表面
• 4.3.4 化学结构分析
• 4.4 本章小结
• 4.5 参考文献
• 结论
• 攻读博士期间已发表和完成的论文
• 致谢