【摘要】：學(xué)習(xí)自然的仿生設(shè)計原理為創(chuàng)造新型結(jié)構(gòu)及功能材料提供了優(yōu)異的方法和途徑。近年來,仿蜂窩狀有序多孔膜材料因在光電器件、高效催化、生命科學(xué)、微納過濾等諸多領(lǐng)域具有重要的科學(xué)價值和應(yīng)用前景,受到了人們的廣泛關(guān)注。然而通透結(jié)構(gòu)多孔膜的制備和多孔膜的多元化應(yīng)用研究仍顯不足�；谝陨媳尘�,本文以水滴模板法為基礎(chǔ),在不同條件下制備出一系列有機或有機/無機復(fù)合多孔膜,不僅實現(xiàn)了AAO基底上通透結(jié)構(gòu)多孔膜的制備,而且將蜂窩狀多孔膜應(yīng)用于仿生離子通道和超浸潤材料研究,具體內(nèi)容如下:1.蜂窩狀聚酰亞胺(PI)多孔膜的制備和成孔條件對其形貌影響。論文采用水滴模板法,選取五種濃度PI的三氯甲烷溶液在五種氣流速率下制備出一系列不同形貌的多孔膜。SEM分析表明多孔膜孔徑隨聚合物濃度和氣流速率增加而減小,總體分布為0.21μm-1.41μm。當(dāng)聚合物濃度為1%-1.5%和氣流速率為1 L/min-2 L/min時多孔膜成孔較為規(guī)整,而濃度和氣流較大時孔徑分布較亂甚至無法成孔;在聚合物濃度為1%和氣流速率2 L/min的優(yōu)化條件下于不同浸潤性和粗糙度的陽極氧化鋁(AAO)基底上制膜,發(fā)現(xiàn)膜孔徑隨基底疏水性和粗糙度增加而變大,同時在200-300 nm孔徑的親水AAO基底上成功制備出通孔結(jié)構(gòu)多孔膜,該通孔膜具有對水的單向滲透性質(zhì)。2.蜂窩狀PI/AAO復(fù)合多孔膜的制備和離子傳輸性質(zhì)研究。利用水滴模板法,以五種孔徑AAO為基底制備了PI/AAO復(fù)合多孔膜,并將其創(chuàng)新性應(yīng)用于仿生離子通道研究。結(jié)果表明孔徑為27 nm、60nm和95 nm的三種AAO所制復(fù)合膜通道具有酸堿響應(yīng)離子傳輸整流特性,整流值隨AAO孔徑減小和電解質(zhì)濃度增大而增加,并在堿性環(huán)境下最高。而孔徑較大AAO所制復(fù)合膜和單一的AAO孔道則無整流性。結(jié)合SEM分析表明,整流性的產(chǎn)生是由復(fù)合膜孔道的結(jié)構(gòu)、表面電荷和浸潤性非對稱綜合引起,而浸潤性的差異導(dǎo)致了酸堿環(huán)境下整流方向的統(tǒng)一。3.蜂窩狀多孔氧化鐵涂層的制備和其超浸潤性研究。通過水滴模板法和旋涂法協(xié)作,制備了三種比例聚(苯乙烯-b-氧乙烯)/氯化鐵復(fù)合膜,經(jīng)煅燒后得到蜂窩狀多孔涂層材料。XPS和XRD分析表明該涂層成分為?-Fe2O3。浸潤性測試表明,只有樣品2在水(油)相介質(zhì)中均表現(xiàn)出對油(水)和氣泡的超疏和低粘附性。SEM分析表明樣品1為微米多孔結(jié)構(gòu),樣品2和3皆為微納米復(fù)合結(jié)構(gòu),但樣品3形貌相對較亂�；谝陨�,我們認(rèn)為微觀形貌的差異使得多相介質(zhì)中液滴和氣泡在三種樣品表面具有不同的浸潤模型,從而表現(xiàn)出不同的浸潤特征。
[Abstract]:Learning the principle of natural bionic design provides an excellent way to create new structural and functional materials. In recent years, honeycomb-like ordered porous membrane materials have attracted wide attention due to their important scientific value and application prospect in many fields such as optoelectronic devices, high-efficiency catalysis, life science, micro-nano filtration and so on. However, the preparation of porous membrane with permeable structure and the application of porous membrane are still insufficient. Based on the above background, a series of organic or organic / inorganic composite porous membranes were prepared under different conditions based on the water drop template method, which not only realized the preparation of porous membrane with permeable structure on AAO substrate. The honeycomb porous membrane is applied to the study of bionic ion channel and superwetting material. The main contents are as follows: 1. Preparation of honeycomb polyimide (PI) porous membrane and effect of pore forming conditions on its morphology. In this paper, a series of porous membranes with different morphologies were prepared by using water drop template method with five concentrations of PI. SEM analysis showed that the pore size of porous membranes decreased with the increase of polymer concentration and flow rate. The total distribution was 0.21 渭 m ~ 1.41 渭 m. When the concentration of polymer is 1- 1.5% and the flow rate is 1 L/min-2 L/min, the pore formation of porous membrane is more regular, but the pore size distribution of porous membrane is more chaotic or even unable to form pores when the concentration and air flow are larger. When the polymer concentration is 1% and the flow rate is 2 L/min, the film size increases with the increase of the hydrophobicity and roughness of the substrate on the anodic alumina (AAO) substrate with different wettability and roughness. At the same time, the porous membrane with through pore structure was successfully prepared on the hydrophilic AAO substrate with 200-300 nm pore size. Preparation and ion transport properties of honeycomb PI/AAO composite porous membranes. The PI/AAO composite porous membrane was prepared on five kinds of pore size AAO substrate by water drop template method, and applied to the study of bionic ion channel innovatively. The results show that the composite membrane channels with pore sizes of 27 nm,60nm and 95 nm have the characteristics of acid-base responsive ion transport rectifier, and the rectifying value increases with the decrease of AAO pore size and the increase of electrolyte concentration, and is the highest in alkaline environment. However, the composite membrane with larger pore size AAO and a single AAO channel have no rectifying property. Combined with SEM analysis, the formation of rectifier is caused by the asymmetric synthesis of the pore structure, surface charge and wettability of the composite membrane, and the difference of the wettability leads to the unification of the rectifying direction in the acid-base environment. Preparation and superwetting properties of honeycomb porous iron oxide coatings. Three kinds of poly (styrene-boxyethylene) / ferric chloride composite films were prepared by water drop template method and spin-coating method. After calcination, honeycomb porous coating materials were obtained. XPS and XRD analysis showed that the coating composition was?-Fe2O3.. The wettability test showed that only sample 2 exhibited super thinness and low adhesion to oil (water) and bubbles in water (oil) medium. SEM analysis showed that sample 1 was of micron porous structure, and samples 2 and 3 were micro- and nano-composite structures. But the morphology of sample 3 is relatively chaotic. Based on the above, we think that the difference of microscopic morphology makes the droplets and bubbles in the multiphase medium have different wetting models on the surface of the three samples, thus showing different wetting characteristics.
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.4

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本文編號：2420477