【摘要】：超疏水表面是一種特殊的非潤濕性表面,具體指的是接觸角大于150°,滾動(dòng)角小于10°的表面。它除了極佳的拒水防水功能外,還具有很好的自清潔、耐腐蝕、抗結(jié)冰等性能,因此具有很廣的應(yīng)用前景。但是,由于人工超疏水表面的制備方法較復(fù)雜,制備成本較高,以及最重要的一點(diǎn),表面機(jī)械性能較弱導(dǎo)致耐用性差的原因,致使超疏水表面還僅限于理論研究,并沒有被廣泛應(yīng)用到實(shí)際生活中。因此,尋找簡單、經(jīng)濟(jì)的制備超疏水表面的方法,以及提高超疏水表面機(jī)械性能的方法是很有必要的。本文首先介紹了自然界中一些具有超疏水性能的動(dòng)植物,超疏水表面的制備方法及性能,還對現(xiàn)有的提高超疏水表面機(jī)械性能的方法進(jìn)行了簡單綜述。本研究在此基礎(chǔ)上制備了兩種超疏水表面,并分別對其機(jī)械和化學(xué)性能進(jìn)行了研究,進(jìn)而提出了兩種提高其機(jī)械性能的方法,并通過實(shí)驗(yàn)對這兩種方法的可行性進(jìn)行探討及驗(yàn)證。主要研究結(jié)論如下:(1)通過簡單的浸泡法成功制備出了一種微納米花狀氧化鋅/環(huán)氧樹脂超疏水涂層。潤濕性測試結(jié)果表明,該涂層表面接觸角在150°以上,滾動(dòng)角度小于2°。一系列表面性能測試表明,該涂層可以在玻璃、金屬、布等各種常用基底材料表面使用,以及它可以在溫度為20℃～80℃,pH值為1～11的范圍內(nèi)很好地保持其超疏水性。(2)通過對所制備的超疏水涂層進(jìn)行摩擦一再修復(fù)的重復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),摩擦過程使超疏水表面失去超疏水性,但經(jīng)過再處理過程后,失效表面很好地恢復(fù)了超疏水性。進(jìn)而提出一種提高超疏水涂層耐用性的方法:重復(fù)利用涂層表面。該方法適用于制備方法簡單、快速、以及涂層本身機(jī)械性能較強(qiáng)的超疏水涂層表面。(3)通過摩擦實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):增加基底粗糙度可以提高所制備超疏水涂層的耐磨性;并且隨著基底粗糙度的增加,超疏水涂層的耐磨性出現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。進(jìn)而提出一種提高超疏水涂層機(jī)械性能的方法:增大基底的粗糙度。該方法適用于所有的超疏水涂層,并能應(yīng)用到金屬、木材等其它各種基底材料上。(4)通過滴刻與高溫浸泡相結(jié)合的方法制備出了一種超疏水鋁合金表面。該表面接觸角在156°以上,滾動(dòng)角小于2°。一系列表面性能測試表明,本研究所提出的制備超疏水鋁合金表面的方法可以很好地保證材料的完整性,且制備出的超疏水鋁合金表面可以在100℃～180℃的溫度條件下很好地保持超疏水性,并具有很好的耐腐蝕性和防污能力。機(jī)械性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對超疏水鋁合金表面進(jìn)行重復(fù)利用可以提高其耐用性,但增大基底粗糙度的方法并不能提高其耐磨性。
【圖文】：

邐第３頁逡逑圖１－１荷葉表面圖片及表面微觀形貌圖像逡逑１．２．２動(dòng)物中的超疏水現(xiàn)象逡逑除了荷葉、水稻、玫瑰等植物以外，自然界中還有很多具有超疏水特性的動(dòng)物，逡逑例如：水黽、蝴蝶、壁虎、蚊子等［４４＿５２］。水黽是一種常見的小型水生昆蟲（圖１－２），逡逑它可以在水面上行動(dòng)自如，這是因?yàn)樗w腿部具有很好的超疏水性。為了找出水黽腿逡逑部出現(xiàn)超疏水現(xiàn)象的原因，人們通過電子顯微鏡觀察了其腿部表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)水黽腿逡逑部具有同樣的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，即存在成千上萬的微米剛毛，并在每根剛毛表面又存逡逑在納米級的螺旋狀溝槽，氣體進(jìn)入溝槽形成氣墊，使得水黽可以在水面上自由行走。逡逑蝴蝶（圖１－２）翅膀也具有超疏水性，當(dāng)蝴蝶在雨中飛行扇動(dòng)翅膀時(shí)，水滴會(huì)沿著軸心逡逑放射方向滾動(dòng)

１．２．２動(dòng)物中的超疏水現(xiàn)象逡逑除了荷葉、水稻、玫瑰等植物以外，自然界中還有很多具有超疏水特性的動(dòng)物，逡逑例如：水黽、蝴蝶、壁虎、蚊子等［４４＿５２］。水黽是一種常見的小型水生昆蟲（圖１－２），逡逑它可以在水面上行動(dòng)自如，這是因?yàn)樗w腿部具有很好的超疏水性。為了找出水黽腿逡逑部出現(xiàn)超疏水現(xiàn)象的原因，人們通過電子顯微鏡觀察了其腿部表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)水黽腿逡逑部具有同樣的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，即存在成千上萬的微米剛毛，并在每根剛毛表面又存逡逑在納米級的螺旋狀溝槽，氣體進(jìn)入溝槽形成氣墊，使得水黽可以在水面上自由行走。逡逑蝴蝶（圖１－２）翅膀也具有超疏水性，當(dāng)蝴蝶在雨中飛行扇動(dòng)翅膀時(shí)，水滴會(huì)沿著軸心逡逑放射方向滾動(dòng)，從而使得液滴不會(huì)沾濕蝴蝶的身體。這是因?yàn)楹岚蚋采w著大量沿逡逑著軸心放射方向定向排列的微納米鱗片，該結(jié)構(gòu)可以保證水滴沿著放射方向輕易滾走，，逡逑而限制其在反方向上的滾動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB306

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2591063