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超疏水/超双疏界面的制备和性能研究

作　者: 王建明
导　师: 冯琳
学　校: 清华大学
专　业: 化学
关键词: 超疏水 超亲油 超双疏 含氟聚合物 真空蒸镀
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


浸润性是固体表面的重要特征之一。具有特殊浸润性(如超疏水、超疏油、超双疏等)的微米纳米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,因而也引起了科学界的广泛关注。固体表面的浸润性是由固体表面的化学组成和微观几何结构共同决定的。因此通过改变固体的表面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,首先通过感应耦合等离子体刻蚀方法来获得表面的微米结构,然后利用真空蒸镀的方法构筑了纳米结构的聚合物表面,通过选用低表面能的含氟聚合物来控制聚合物表面的表面能,从而实现对固体表面浸润性的控制。主要内容如下:1、对常见的能用于真空蒸镀的材料进行筛选,选择适用范围广,成膜稳定,粗糙度可控,表面能低的聚合物材料,并进一步对基底进行选择,以获得浸润性最佳的表面。实验结果表明,边长3μm的硅柱基底和聚合物能形成良好的微纳复合结构,利用聚四氟乙烯和聚四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚控制表面能,所得到的界面具有优异的浸润性表现。2、利用真空蒸镀方法,制备了聚四氟乙烯薄膜和聚四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚薄膜。前者具有超疏水性和疏油性,对水和油的接触角分别达到了154.0°和129.9°,后者具有超疏水性和超亲油性,对水和油的接触角分别达到了156.2°和0°。研究表明,这一特殊浸润性是由材料本身的低表面能和表面微纳复合结构共同决定的。该方法简单易行,可以广泛应用于不同表面的处理,对于在活泼表面上构筑超疏水性界面尤其具有优势。3、利用氟硅烷浸泡的方法制备了具有疏水疏油性的铜网,其水接触角和油接触角分别达到了162.3°和114.4°。这一工作为将来的研究提供了一个良好的思路。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 引言  8-33
  1.1 固体表面的浸润性  8
  1.2 概述和基本理论  8-12
  1.3 自然界中常见的超疏水表面  12-15
  1.4 超疏水表面的制备方法  15-26
    1.4.1 模板法  15-17
    1.4.2 粒子填充法  17-19
    1.4.3 刻蚀法  19-21
    1.4.4 表面化学修饰法  21
    1.4.5 沉积法  21-22
    1.4.6 分子自组装法  22
    1.4.7 相分离法  22-24
    1.4.8 溶胶-凝胶法  24-25
    1.4.9 层层组装法  25
    1.4.10 静电纺丝法  25-26
  1.5 超双疏界面的制备方法  26-32
    1.5.1 电化学聚合法  26-27
    1.5.2 气相沉积法  27-29
    1.5.3 相分离法  29-30
    1.5.4 电化学沉积法  30
    1.5.5 静电纺丝法  30-31
    1.5.6 粒子填充法  31
    1.5.7 喷涂法和旋涂法  31-32
  1.6 研究思路  32-33
第2章 超疏水/超双疏界面的制备  33-52
  2.1 本章引论  33-34
  2.2 实验部分  34-38
    2.2.1 实验药品  34-35
    2.2.2 实验仪器  35
    2.2.3 基片的清洗  35-36
    2.2.4 含氟聚合物薄膜制备  36-37
    2.2.5 薄膜厚度监测方法  37-38
  2.3 结果与讨论  38-50
    2.3.1 含氟聚合物薄膜浸润性测试  38-42
    2.3.2 含氟聚合物薄膜表面结构表征  42-44
    2.3.3 含氟聚合物薄膜成分分析  44-48
    2.3.4 含氟聚合物成膜机制  48
    2.3.5 特殊浸润性机理讨论  48-50
  2.4 本章小结  50-52
第3章 铜网表面浸润性改性  52-59
  3.1 本章引论  52
  3.2 实验部分  52-53
    3.2.1 实验药品  52
    3.2.2 实验仪器  52-53
    3.2.3 铜网表面结构处理  53
    3.2.4 铜网表面浸润性改性  53
  3.3 结果与讨论  53-58
    3.3.1 铜网的表面结构分析  53-56
    3.3.2 铜网表面接触角测试  56-58
  3.4 本章小结  58-59
第4章 结论  59-60
参考文献  60-66
致谢  66-67
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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