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(rùn)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(rùn)濕性不僅直接影響自然界中動(dòng)植物的生命活動(dòng)，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(lái)，具有防污自清潔功能的超疏水表面受到越來(lái)越多的關(guān)注，已經(jīng)成為表面功能材料研究的熱點(diǎn)。本論文針對(duì)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(duì)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(duì)表面微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)固體表面潤(rùn)濕性的調(diào)控；結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了相應(yīng)的機(jī)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(jí)結(jié)構(gòu)的聚丙烯表面。這種超級(jí)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(dá)160°，滾動(dòng)角為4°。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)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(dòng)角為4°。穩(wěn)定性測(cè)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(shí)間后又轉(zhuǎn)變?yōu)槌杷?，呈現(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(dá)153°。水滴在該表面很難滾落，即使表面倒置也不會(huì)掉落，這為粘附超疏水表面在無(wú)損液體運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。機(jī)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(lái)控制其表面形貌，實(shí)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(shí)，靜態(tài)接觸角高達(dá)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(rùn)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(jí)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(dá)175°，滾動(dòng)角為5°。這種類荷葉狀結(jié)構(gòu)是構(gòu)造仿生滾動(dòng)超疏水性表面的最理想結(jié)構(gòu)。

6、潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)變行為研究表明，該表面的潤(rùn)濕性可通過等離子體處理和硬脂酸修飾的交替作用來(lái)實(shí)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(dòng)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(rùn)濕性的轉(zhuǎn)換具有可逆性