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超双疏表面的制备及其润湿性研究

作　者: 周继根
导　师: 刘长松
学　校: 青岛理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 超疏水 超疏油 动态润湿性 单分子自组装膜 自清洁
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


超双疏表面是指对水和油的接触角均大于150°的表面。与这种特殊润湿性能相关的“自清洁”技术,是一项旨在清洁城市建筑、美化居住环境的技术革新。本论文利用溶胶-凝胶法、液相法和电化学方法,在商业化铝片和玻璃基底上构筑了微-纳米结构的粗糙表面,并且借助于单分子气相沉积组装技术,来控制粗糙结构的表面自由能,获得了超双疏性表面。主要取得以下结果:(1)液相法在Al板表面制备出的微-纳米结构的薄膜,是由六方铅锌矿ZnO晶体和β相Al-Zn晶体混合组成,其微观形貌为一种排列紧密的网孔状结构。随着保温(150℃)时间地延长,水接触角越来越大,最终稳定在一个稳定值(149.7°)。(2)Al板表面制备出的微-纳米结构的薄膜经过氟硅烷(FAS)改性后,表面对水的静态接触角高达155.5°,而对于表面张力大于45mN/m的油类液体,静态接触角接近150°。甘油、甲酰胺、二甘醇检验油类液体在改性后的表面上可以滚动,并且表现出了小于6°的滚动角。(3)用溶胶-凝胶法和液相法相结合的技术,在玻璃基底表面上获得的超双疏表面。表面形貌为垂直于基底生长的纳米棒,棒的直径大约为480 nm左右,并且棒的顶部为较尖锐的圆锥状形貌。而后经过FAS改性,该表面对水的静态接触角高达165.8°,滚动角为2.3°,而对于表面张力仅为27.5mN/m的十六烷油类液体,静态接触角接近140°。(4)相比于FAS自组装膜,经过APTS-FAS层层自组装后表面的动态润湿性,有了明显的改善。特别是对接触角滞后作用较为明显的二甘醇液体,其样品的接触滞后角从9.8°减少到5.6°。(5)利用电化学法在玻璃基底上制备的超双疏结构表面,对水和油的接触角均较小(对二甘醇的接触角仅为90.4°)。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 固体表面的润湿性原理  10-13
  1.2 荷叶效应  13-15
  1.3 超双疏表面  15-20
    1.3.1 等离子体技术  15-17
    1.3.2 层层自组装法  17-18
    1.3.3 相分离法  18
    1.3.4 电化学沉积法  18-19
    1.3.5 其他方法  19-20
  1.4 研究背景与意义  20
  1.5 研究主要内容  20-22
第2章 实验原理、方法与设备  22-27
  2.1 微纳米结构表面的制备原理  22
  2.2 实验所用仪器与设备  22-25
  2.3 实验所用的试剂  25-27
第3章 铝基超双疏表面的液相法制备  27-37
  3.1 实验步骤  27
  3.2 样品的形貌与成分分析  27-30
  3.3 薄膜的超疏水性能  30-31
  3.4 薄膜的超疏油性能  31-35
  3.5 本章小结  35-37
第4章 玻璃基底上超双疏表面的液相法制备  37-54
  4.1 溶胶-凝胶预处理层最佳条件的选择  37-44
    4.1.1 预处理层制备原理  37-38
    4.1.2 预凝胶层的制备方法  38-39
    4.1.3 样品的XRD 分析  39
    4.1.4 溶胶-凝胶实验条件对样品形貌的影响  39-44
  4.2 超疏表面的润湿性能  44-53
    4.2.1 制备的过程  44
    4.2.2 样品的XRD 和SEM 分析  44-46
    4.2.3 液滴在薄膜表面上的静态润湿行为  46-48
    4.2.4 液滴在薄膜表面上的动态润湿行为  48-50
    4.2.5 多层膜自组装技术对薄膜动态润湿行为的影响  50-53
  4.3 本章小结  53-54
第5章 电化学法制备微纳米结构薄膜  54-66
  5.1 实验原理与步骤  54-55
    5.1.1 实验原理步骤  54-55
    5.1.2 实验步骤  55
  5.2 电化学沉积条件对样品的形貌的影响  55-64
    5.2.1 电流密度对样品形貌的影响  55-57
    5.2.2 不同电解液配比对样品的形貌的影响  57-59
    5.2.3 过渡层对电化学沉积薄膜的影响  59-64
  5.3 表面的润湿性能  64-65
  5.4 本章小结  65-66
全文结论  66-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 薄膜技术
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