表面微納米精細(xì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及其性能研究.pdf

1、潤濕性是固體表面的重要性質(zhì)之一，也是最常見的一類界面現(xiàn)象，主要由固體表面化學(xué)組成和微觀結(jié)構(gòu)共同決定。潤濕性不僅直接影響自然界中動植物的生命活動，而且在許多高新技術(shù)領(lǐng)域和日常生活中也起著重要的作用。近年來，具有防污自清潔功能的超疏水表面受到越來越多的關(guān)注，已經(jīng)成為表面功能材料研究的熱點。本論文針對目前超疏水表面研究中遇到的系列問題，如制備工藝繁瑣、成本較高、穩(wěn)定性不良及對外界環(huán)境變化的智能化響應(yīng)研究不夠充分等，利用多種技術(shù)手段在不同類型材

2、料表面構(gòu)筑了微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，獲得了具有超疏水性能的表面；通過對表面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的控制，實現(xiàn)了對固體表面潤濕性的調(diào)控；結(jié)合實驗結(jié)果，提出了相應(yīng)的機理，取得了以下主要成果：
　　 1.采用溶劑-非溶劑法，在聚丙烯溶液中添加丙酮，控制聚丙烯表面的結(jié)晶形貌，成功制備出具有微米-納米分級結(jié)構(gòu)的聚丙烯表面。這種超級結(jié)構(gòu)不經(jīng)過任何修飾就具備超疏水的性能，與水的接觸角高達160°，滾動角為4°。穩(wěn)定性實驗表明，改性聚丙烯的超疏水表面呈現(xiàn)良

3、好的化學(xué)和環(huán)境穩(wěn)定性。
　　 2.通過在聚丙烯溶液中添加納米二氧化鈦，制備了超疏水PP/TiO2表面。這種表面具有類花瓣二元微米納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，與水的接觸角為169°，滾動角為4°。穩(wěn)定性測試表明，該表面呈現(xiàn)良好的耐酸堿性。經(jīng)紫外光照射，PP/TiO2表面由超疏水向疏水轉(zhuǎn)變，停止照射并放置一段時間后又轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷尸F(xiàn)可逆變化。
　　 3.采用溶劑-非溶劑法制備了具有超粘附力的聚苯乙烯表面，該表面不經(jīng)過任何修飾就具備超疏水

4、的性能，與水的接觸角高達153°。水滴在該表面很難滾落，即使表面倒置也不會掉落，這為粘附超疏水表面在無損液體運輸領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。機理分析顯示，高粘附產(chǎn)生的原因可能是聚苯乙烯材料本身的特性與聚苯乙烯微球結(jié)構(gòu)的共同結(jié)果。
　　 4.通過在聚苯乙烯溶液中添加二氧化鈦來控制其表面形貌，實現(xiàn)了超疏水PS/TiO2表面的構(gòu)建。所得到的表面與水的接觸角隨著聚苯乙烯干燥溫度的升高而增大，當(dāng)干燥溫度為180℃時，靜態(tài)接觸角高達163°，這是

5、由于添加納米二氧化鈦和溶劑揮發(fā)所引起表面結(jié)構(gòu)的變化及干燥溫度使得表面成分變化的共同結(jié)果。超疏水PS/TiO2表面光響應(yīng)性研究發(fā)現(xiàn)，在紫外光照射下，該表面從超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水，但在黑暗中放置15d，其表面又恢復(fù)為超疏水，潤濕性呈現(xiàn)可逆變化。
　　 5.采用濕化學(xué)反應(yīng)法在銅基表面構(gòu)建了微米花與納米管的分級結(jié)構(gòu)，經(jīng)過硬脂酸修飾后，水滴與表面的靜態(tài)接觸角高達175°，滾動角為5°。這種類荷葉狀結(jié)構(gòu)是構(gòu)造仿生滾動超疏水性表面的最理想結(jié)構(gòu)。

6、潤濕性轉(zhuǎn)變行為研究表明，該表面的潤濕性可通過等離子體處理和硬脂酸修飾的交替作用來實現(xiàn)超疏水與超親水的可逆轉(zhuǎn)換。
　　 6.通過鹽酸刻蝕和沸水處理在鋁片上構(gòu)筑了由突起、孔洞和納米鱗片組成的粗糙結(jié)構(gòu)，這種表面結(jié)構(gòu)結(jié)合全氟辛酸修飾顯示穩(wěn)定的超疏水性及低的滾動角滯后。穩(wěn)定性研究表明，該表面具有良好的耐酸堿性。另外，該表面經(jīng)過等離子體處理后快速由超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水，重新經(jīng)全氟辛酸修飾，表面又恢復(fù)為超疏水性，表明該表面潤濕性的轉(zhuǎn)換具有可逆性