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超疏水性纳米材料的制备及研究

作　者: 贺梦江
导　师: 杨魁胜；王成
学　校: 长春理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 超疏水 润湿性 接触角 碳纳米管
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


通常将水在固体表面的接触角大于150°的表面称为超疏水表面。在生产和生活中,超疏水表面具有广泛的应用前景,如船舶用防生物污损涂料、卫星天线的表面保洁、汽车挡风玻璃的自清洁、防污纺织品、防污建筑涂料、流体减阻等,因而有关研究正在受到越来越多的关注。制备超疏水表面一般采用两种方法：一种是先在固体表面构建微细结构,再进行低表面能物质修饰；另一种是直接在具有低表面能材料表面构建微细结构。由于采用上述方法在制备技术上均存在工艺复杂、费用昂贵等因素,难以在实际中进行大规模的推广和应用。因此研究费用低廉、简单可行,适合大规模制备的超疏水材料的制备方法具有十分重要的意义。本文通过气液固扩散法,探索了一种简单的一步合成法,以羟基化的多壁碳纳米管为基体材料,通过有机共价化学修饰在其表面生成了最外面含疏水基团甲基的硅烷聚合物包覆层,从而制备出了以碳纳米管为基体的接近完全疏水性的纳米材料。对获得的接近完全疏水性的材料进行高温热处理,使其达到了完全疏水性能。测试的水滴不能在这样的材料表面进行粘附,具有非常好的疏水性。同时采用Contact angle (CA)、FE-SEM、TEM、FT-IR、TG-DSC等手段对制备的材料进行了表征。为了使这种具有完全疏水性的材料得到应用,对其性质如耐酸碱性、热稳定性等进行了初步的研究。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-26
  1.1 引言  8
  1.2 自然界中的超疏水表面  8-11
  1.3 固体表面浸润性  11-16
    1.3.1 杨氏方程  11
    1.3.2 非理想固体表面  11-13
    1.3.3 Wenzel状态和Cassie状态之间的关系  13-14
    1.3.4 动态润湿性质  14-15
    1.3.5 气体存在对固体表面浸润性的影响  15-16
  1.4 超疏水表面的制备方法  16-17
    1.4.1 化学腐蚀  16-17
    1.4.2 等离子体刻蚀  17
    1.4.3 模板法  17
    1.4.4 化学气相沉积法  17
    1.4.5 电化学沉积法  17
    1.4.6 溶胶凝胶法  17
  1.5 超疏水表面的各种功能性应用  17-22
    1.5.1 防腐蚀  17-18
    1.5.2 流体减阻  18
    1.5.3 透明和减反射超疏水涂层  18-19
    1.5.4 增强水支撑力  19
    1.5.5 流体的可控输运  19
    1.5.6 超疏水阀  19-20
    1.5.7 结构颜色  20
    1.5.8 生物表面  20
    1.5.9 抗生物污损  20-21
    1.5.10 电池和燃料电池应用  21
    1.5.11 电子设备的防潮涂层  21
    1.5.12 超疏水织物  21-22
    1.5.13 油水分离  22
    1.5.14 微凝结  22
  1.6 碳纳米管超疏水材料的研究  22-25
    1.6.1 碳纳米管简介  22-23
    1.6.2 碳纳米管的化学修饰  23
    1.6.3 共价修饰的碳纳米管的应用  23-24
    1.6.4 碳纳米管超疏水材料的制备  24-25
  1.7 本文研究内容  25-26
第二章 实验部分  26-30
  2.1 实验材料与仪器  26-27
    2.1.1 实验材料  26
    2.1.2 主要仪器  26-27
  2.2 具体实验步骤  27-28
    2.2.1 以碳纳米管为基体的超疏水纳米材料的制备  27-28
    2.2.2 以碳纳米管为基体的完全疏水纳米材料的制备  28
  2.3 实验测试表征方法  28-30
    2.3.1 接触角测量  28-29
    2.3.2 扫描电子显微镜  29
    2.3.3 透射电子显微镜  29
    2.3.4 红外光谱仪测量  29
    2.3.5 TG-DSC热分析  29-30
第三章 结果与讨论  30-55
  3.1 超疏水和完全疏水表面的表征  30-32
    3.1.1 超疏水低附着力表面的表征  30-31
    3.1.2 完全疏水表面的表征  31-32
  3.2 MTES制备以碳纳米管为基体的超疏水纳米材料  32-38
    3.2.1 MTES浓度对制备的材料形貌和接触角的影响  32-35
    3.2.2 反应时间对制备的材料形貌和接触角的影响  35-36
    3.2.3 反应温度对制备的材料形貌和接触角的影响  36-38
  3.3 MTMS制备以碳纳米管为基体的超疏水纳米材料  38-40
  3.4 VTEOS制备以碳纳米管为基体的超疏水纳米材料  40-43
  3.5 反应中副产物的影响  43-44
  3.6 以碳纳米管为基体的完全疏水材料的制备  44-46
  3.7 以碳纳米管为基体的完全疏水材料的形成机理分析  46-51
    3.7.1 透射电镜分析  46-48
    3.7.2 红外分析  48-50
    3.7.3 TG-DSC分析  50-51
  3.8 完全疏水纳米材料的性质研究  51-55
    3.8.1 耐酸碱性研究  51-52
    3.8.2 热稳定性研究  52-55
第四章 结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-61

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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