本文關(guān)鍵詞：靜電紡絲法制備仿荷葉效應(yīng)熱粘性纖維薄膜的研究

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【摘要】：自然界中的生物經(jīng)過(guò)上億萬(wàn)年的進(jìn)化,形成結(jié)構(gòu)與功能、局部與整體高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一的各種生物體,適應(yīng)于多變的自然環(huán)境。對(duì)生物特定結(jié)構(gòu)和功能的研究與模仿,為創(chuàng)造出新型結(jié)構(gòu)和功能的材料提供了方法和思路。例如荷葉表面具有自清潔功能,模仿荷葉表面的結(jié)構(gòu)和成分特征,通過(guò)各種手段制備出具有荷葉效應(yīng)的表面材料,在能源、環(huán)境、建筑、生物工程等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文探索一種新的不受基材物理和化學(xué)性質(zhì)限制的仿荷葉效應(yīng)表面的制備方法,且具備隨時(shí)可以更換的特殊功能,為荷葉效應(yīng)表面的廣泛應(yīng)用提供一種新的思路。這種荷葉效應(yīng)表面是通過(guò)雙噴頭靜電紡絲法,制備的復(fù)合纖維薄膜,其底部由聚偏氟乙烯(PVDF)和聚醋酸乙烯酯(PVAc)納米纖維組成,表面則由摻雜了改性納米二氧化硅(mSiO2)的PVDF復(fù)合纖維組成。這種具有熱粘性的仿荷葉自清潔復(fù)合薄膜,被稱為荷葉效應(yīng)膠帶。具體研究?jī)?nèi)容包括以下兩個(gè)部分:荷葉效應(yīng)膠帶表面性能的研究。主要包括mSiO2的摻雜對(duì)PVDF纖維薄膜表面形貌結(jié)構(gòu)和潤(rùn)濕性的影響,一方面利用掃面電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)表征手段考察了摻雜二氧化硅納米顆粒前后纖維表面結(jié)構(gòu)的變化。分析結(jié)果表明,mSiO2和PVDF纖維構(gòu)筑了仿荷葉結(jié)構(gòu)的微納米復(fù)合階層結(jié)構(gòu),大大增加了纖維表面的粗糙度,且隨著摻雜量的增大,纖維表面納米顆粒堆積變得密集。另一方面通過(guò)靜態(tài)接觸角(CA)和動(dòng)態(tài)接觸角(SA)測(cè)量了水珠在復(fù)合薄膜表面的浸潤(rùn)性。測(cè)定結(jié)果表明,納米顆粒的摻入能大大提高紡絲薄膜表面的接觸角,使其具有優(yōu)異的超疏水性。同時(shí),微/納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑也使得復(fù)合薄膜表面具有良好的自清潔性,水珠在其表面的滾動(dòng)角低至5°以下。除此之外,將純的PVDF薄膜和mSiO2@PVDF復(fù)合薄膜分別浸泡在酸堿溶液以及飽和氯化鈉溶液中一定時(shí)間,測(cè)量?jī)煞N膜的接觸角變化,結(jié)果表明,復(fù)合薄膜的超疏水性具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性。荷葉效應(yīng)膠帶對(duì)基材表面的改性研究。主要包括復(fù)合薄膜的粘結(jié)條件比較,以及在不同材質(zhì)的基材表面的粘結(jié)性和脫粘結(jié)性的研究。通過(guò)電熨斗加熱法,調(diào)整加熱時(shí)間和加熱溫度,使荷葉效應(yīng)膠帶牢固地粘結(jié)在基材上,賦予基材荷葉表面,測(cè)定90°方向的剝離強(qiáng)度,選取最優(yōu)的加熱條件。為了基材恢復(fù)原有的表面性質(zhì),研究了將荷葉表面改性過(guò)的基材浸泡的脫離液中,使其能迅速脫離基材表面,并經(jīng)過(guò)清洗和干燥后重復(fù)使用的效果。對(duì)荷葉效應(yīng)膠帶進(jìn)行多次粘結(jié)—脫粘結(jié)循環(huán),并測(cè)量每次循環(huán)中的表面形貌、潤(rùn)濕性和粘結(jié)強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)6次循環(huán)之后復(fù)合薄膜表面仍具有仿荷葉的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和自清潔性。
【關(guān)鍵詞】：仿生材料 荷葉效應(yīng) 靜電紡絲 自清潔性 熱粘性
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ342.94;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1“荷葉效應(yīng)”及其理論研究11-14
• 1.1.1 荷葉效應(yīng)的提出與應(yīng)用11-12
• 1.1.2 荷葉表面的水珠接觸理論12-14
• 1.2 荷葉表面的構(gòu)建14-18
• 1.2.1 金屬材料的仿荷葉表面制備14-15
• 1.2.2 無(wú)機(jī)物仿荷葉涂層的制備15-16
• 1.2.3 有機(jī)材料仿荷葉表面的制備16-18
• 1.3 靜電紡絲法及其構(gòu)建具有層級(jí)納米結(jié)構(gòu)功能材料的應(yīng)用18-25
• 1.3.1 靜電紡絲技術(shù)簡(jiǎn)介18-19
• 1.3.2 靜電紡絲技術(shù)原理及裝置19-20
• 1.3.3 靜電紡絲纖維形貌控制20-22
• 1.3.4 靜電紡絲法制備多級(jí)結(jié)構(gòu)納米纖維22-25
• 1.4 本論文的研究思路和研究?jī)?nèi)容25-29
• 1.4.1 本文的研究思路25-26
• 1.4.2 本文的研究?jī)?nèi)容26-29
• 第二章 靜電紡絲法制備仿荷葉效應(yīng)薄膜及表面潤(rùn)濕性研究29-41
• 2.1 前言29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑29-30
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器30
• 2.2.3 制備mSiO_2@PVDF復(fù)合纖維薄膜30-31
• 2.2.4 mSiO_2@PVDF復(fù)合纖維薄膜的表征方法31
• 2.3 結(jié)果討論31-39
• 2.3.1 mSiO_2@PVDF復(fù)合纖維薄膜的表面形貌表征31-35
• 2.3.2 mSiO_2@PVDF復(fù)合纖維薄膜的表面潤(rùn)濕性和自清潔性表征35-37
• 2.3.3 mSiO_2@PVDF復(fù)合纖維薄膜表面超疏水性的化學(xué)穩(wěn)定性分析37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章“荷葉效應(yīng)膠帶”的制備及對(duì)基材表面改性行為研究41-53
• 3.1 前言41
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分41-44
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑41-42
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器42
• 3.2.3 mSiO_2@PVDF/PVAc“荷葉效應(yīng)膠帶”的制備42-43
• 3.2.4“荷葉效應(yīng)膠帶”的表征方法43-44
• 3.3 結(jié)果討論44-51
• 3.3.1“荷葉效應(yīng)膠帶”熨燙加熱條件的探究44-45
• 3.3.2“荷葉效應(yīng)膠帶”在固體基材表面的粘結(jié)行為45-47
• 3.3.3“荷葉效應(yīng)膠帶”在固體基材表面粘結(jié)—脫落行為研究47-49
• 3.3.4“荷葉效應(yīng)膠帶”在柔軟基材表面的改性行為研究49-51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第四章 總結(jié)與展望53-55
• 4.1 總結(jié)53
• 4.2 展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-61
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與專利申請(qǐng)61-63
• 致謝63-64

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本文編號(hào)：1134759