含氟聚合物及含氟POSS-聚合物復(fù)合材料表面潤濕行為統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究.pdf

1、潤濕現(xiàn)象在大自然中普遍存在，只要有兩相或兩相以上的接觸，就會(huì)存在潤濕行為。通過設(shè)計(jì)和合成表面的特定結(jié)構(gòu)來改變固體表面的潤濕性能受到了廣泛的關(guān)注。目前對(duì)固體表面潤濕現(xiàn)象的解釋大多通過實(shí)驗(yàn)手段，而缺乏對(duì)其表面潤濕微觀機(jī)理的深刻認(rèn)識(shí)。本文從不同分子（基團(tuán)）間相互作用出發(fā)，在統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)上構(gòu)建相關(guān)理論模型，以二碘甲烷為流體探針分子，研究其在含氟聚合物表面微觀結(jié)構(gòu)，解釋潤濕機(jī)理，主要內(nèi)容如下:
　　(1)對(duì)于二碘甲烷/含氟聚合物體系，以能夠

2、精確描述實(shí)際流體結(jié)構(gòu)的積分方程理論(3D-RISM)為主體，結(jié)合密度泛函理論(3D-DFT)構(gòu)建的橋函數(shù)對(duì)積分方程理論進(jìn)行能量校正，搭建了雜化的3D-DFT-RISM，改善3D-RISM的熱力學(xué)不自洽性。由于含氟聚合物基團(tuán)化學(xué)特性和分子鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的共同影響，含氟聚合物表面會(huì)顯示出不同程度和不同方式的微觀粗糙結(jié)構(gòu)及表面形貌，導(dǎo)致流體形成不同的界面結(jié)構(gòu)。通過3D-DFT-RISM定量表征了這些微觀結(jié)構(gòu)及與此相關(guān)的界面性質(zhì)，并借助于Young

3、方程得到液滴在不同含氟聚合物表面接觸角，解釋了表面潤濕機(jī)理，分析了含氟聚合物表面潤濕和去潤濕的能力。
　　(2)選取可描述實(shí)際流體分子內(nèi)精細(xì)結(jié)構(gòu)的3D-RISM為切入點(diǎn)，在3D-DFT基本框架內(nèi)構(gòu)筑新的自由能泛函表達(dá)，以此拓展3D-DFT模型的使用范圍。以二碘甲烷/含氟聚合物表面體系為研究對(duì)象，基于非均相液滴成核，探討二碘甲烷在含氟聚合物表面的成核過程以及潤濕行為。首先檢驗(yàn)了理論模型，然后通過改變含氟聚合物的含氟量及表面形貌，研究

4、了二碘甲烷臨界成核液滴的界面結(jié)構(gòu)、成核半徑、成核能壘以及接觸角，全方位解釋含氟聚合物表面的親/疏油機(jī)理。
　　(3)以3D-DFT為基礎(chǔ)，以簡(jiǎn)單流體潤濕有序納尺度粗糙表面為研究對(duì)象，通過重構(gòu)固體表面和流體間相互作用，對(duì)這種非對(duì)稱作用導(dǎo)致的表面潤濕行為展開理論研究，重點(diǎn)考慮較大尺度的粗糙形貌及納尺度表面粗糙度對(duì)潤濕行為（潤濕狀態(tài)和接觸角）的影響。分析了液滴在粗糙表面的成核機(jī)理，計(jì)算了液滴在粗糙表面的臨界成核半徑和成核能壘。為了深入了

5、解粗糙度對(duì)成核能壘的影響，討論了凹槽角落處的多重作用點(diǎn)作用引起的液/固界面處局部密度漲落來解釋界面自由能的變化;從液滴長(zhǎng)大過程中接觸角的變化推導(dǎo)出汽-液-固三相接觸線張力來進(jìn)一步解釋三相接觸能量的變化。在Cassie，Wenzel和Impregnation潤濕區(qū)域構(gòu)建了臨界成核液滴的潤濕譜圖。分析了納尺度濕潤譜圖和宏觀濕潤譜圖之間的不同偏差及產(chǎn)生原因。
　　(4)將3D-DFT模型拓展應(yīng)用到研究二碘甲烷/F-POSS納米顆粒修飾的