發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 00:14

【摘要】：超雙疏表面具有極低的粘附性和極強(qiáng)的自潔凈性能,在面對復(fù)雜污染環(huán)境時(shí)比超疏水表面有著更強(qiáng)的適應(yīng)性。目前諸多研究人員制備超雙疏表面的途徑都集中在溶膠-凝膠法、相分離法、陽極氧化法等化學(xué)或者電化學(xué)方法,這些方法由于工藝復(fù)雜、成型面積小效率低等缺點(diǎn)而難以在實(shí)際生產(chǎn)中推廣。微納熱壓印法是近年來新興的一種微納加工手段,具有成型精度好,效率高,成本低廉,成型面積大的優(yōu)勢,然而目前對微納熱壓印制備疏水材料的研究還較少。本文中通過微納熱壓印法,輔以低表面能修飾,成功的在PE復(fù)合薄膜上構(gòu)筑出具備超疏水/疏油效果的微結(jié)構(gòu),并對其成型原理、工藝參數(shù)及對復(fù)雜環(huán)境的耐候性進(jìn)行了探討,重點(diǎn)分析了工藝參數(shù)對表面形貌乃至疏水效果的影響,為進(jìn)一步制備超雙疏材料提供了有價(jià)值的參考。主要工作內(nèi)容和結(jié)果如下:采用微納熱壓印方式,使用篩網(wǎng)作為模具在PE復(fù)合薄膜的表面制備出了具備超疏水疏油性能的微結(jié)構(gòu)。最終制品對水的接觸角為154°,滾動角小至1°,大豆油的接觸角達(dá)到97°,若使用氟硅烷進(jìn)行修飾,則大豆油的接觸角能進(jìn)一步上升到140°,熱壓印時(shí)間也在20s以內(nèi)。通過添加SiO2微球到熱壓印過程中,在PE復(fù)合薄膜的表面制備了一層SiO2微球疏水層,其表面的接觸角為153°,滾動角小至1°,經(jīng)氟硅烷修飾后,樣品對油的接觸角達(dá)到135°,具備了超疏水和疏油的效果。在電鏡中發(fā)現(xiàn),SiO2微球并非僅僅分布于材料表面,而是在熱壓印過程中與PE混合成為均相體系,這樣得到的制品兼具了良好的疏水性能和不錯(cuò)的耐候性。通過兩種軟刻蝕提高聚合物表面接觸角的方法,分別是以激光蝕刻得到的微柱結(jié)構(gòu)陣列和普通市售的金相砂紙作為母版。實(shí)驗(yàn)中先將PDMS旋涂在微柱結(jié)構(gòu)陣列模板的表面,待其固化后揭下制備出軟模板。軟模板表面呈現(xiàn)大量不規(guī)則的納米級凹坑。隨后采用紫外納米壓印技術(shù),使用紫外膠復(fù)制PDMS軟模板表面的微結(jié)構(gòu),再經(jīng)過低表面能的氟硅烷對其表面進(jìn)行修飾,成功的提高了紫外膠樣品表面的疏水性能。由于多次翻模造成結(jié)構(gòu)的復(fù)制精度下降,導(dǎo)致紫外膠樣品表面的粗糙度較低,所以其疏水效果距離超疏水的要求還有一定差距。采用金相砂紙作為母版,直接使用PDMS旋涂,固化后發(fā)現(xiàn)PDMS樣品表面具備了與金相砂紙相似的分形微結(jié)構(gòu),經(jīng)過低表面物質(zhì)修飾后成功達(dá)到了超疏水的效果。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)PDMS復(fù)制金相砂紙微結(jié)構(gòu)時(shí)精度很高,PDMS表面還會形成微米-納米二級復(fù)合結(jié)構(gòu),大大提高了樣品的疏水效果。同時(shí)這種工藝僅需要經(jīng)過一次翻模,簡化了操作流程,降低了生產(chǎn)難度和成本。
【圖文】：

雜了許多氣液相，，因此于１９４４年，Ｃａｓｓｉｅ和Ｂａｘｔｅｒ在Ｗｅｎｚｅｌ模型的基礎(chǔ)上提出逡逑了邋Ｃａｓｓｉｅ－Ｂａｘｔｅｒ？模型。他們假設(shè)液滴下方固體表面的粗糙結(jié)構(gòu)中還殘留有空氣，逡逑于是形成了一種固－液－氣復(fù)合界面，如圖１－３所示。逡逑圖ｌ－３Ｃａｓｓｉｅ－Ｂａｘｔｅｒ模型示意圖逡逑Ｆｉｇｌ－３邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｃａｓｓｉｅ－Ｂａｘｔｅｒ邋ｍｏｄｅｌ逡逑對于這種狀態(tài)下的液體濕潤性，他們提出了邋Ｃａｓｓｉｅ－Ｂａｘｔｅｉ？模型：逡逑ｃｏｓ０邋＝邋／？，邋ｃｏｓ０ｏ邋—ｃｏｓ０ｏ邋＋邋１）邐（１－４）逡逑公式１－４中，指液滴下方的氣液界面占整個(gè)結(jié)構(gòu)面積的百分比。可以看逡逑出，值的增大也會導(dǎo)致液滴接觸角的增大，即液滴下方的氣液界面越大，越逡逑有利疏液性的提高。逡逑１．１．２超疏水、超雙疏材料的概念逡逑３逡逑

逡逑圖１－４閻良宏小組制備二氧化硅增透膜表面的探針顯微鏡照片逡逑Ｆｉｇｌ－４邋ｐｒｏｂｅ邋ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ邋ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｕｒｆａｃｅ邋ｏｆ邋Ｓｉ0２邋ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｃｏａｔｉｎｇｓ邋ｐｒｅｐａｒｅｄ邋ｂｙ逡逑Ｙａｎ’ｓ邋ｇｒｏｕｐ逡逑如圖１－５，邋Ｃｌａｕｄｉａ邋Ｍ．Ｇｒｏｚｅａ｜２４］通過在溶膠－凝膠法中加入含氟聚合物制備出逡逑了帶有粗糙表面的二氧化硅薄膜，對水的接觸角達(dá)到１４°，對十六烷的接觸角逡逑達(dá)到了邋１０８°。逡逑圖１－５二氧化硅薄膜的ＳＥＭ圖像逡逑Ｆｉｇｌ－５邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｓｉｌｉｃｏｎ邋ｄｉｏｘｉｄｅ邋ｔｈｉｎ邋ｆｉｌｍ逡逑溶膠－凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、效率較高、適合大批量生產(chǎn)，制品的疏水逡逑性能較好，在經(jīng)過低表面能修飾之后對油類物質(zhì)也具有不錯(cuò)的效果，缺點(diǎn)是制品逡逑機(jī)械強(qiáng)度低，結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。逡逑（２）自組裝法逡逑自組裝方法通過分子間的氫鍵力或靜電力將分子逐層地結(jié)合到基底上，形成逡逑組分均勻且具有某種微結(jié)構(gòu)的薄膜。如圖１－７，邋Ｈｓｉｅｈ等采用自組裝的辦法，逡逑將直徑為２０ｎｍ和３００邋ｎｍ的兩種Ｓｉ０２微球分別旋涂到玻璃基片上
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 辛忠;張雯斐;;超雙疏表面的構(gòu)筑及研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2015年02期

2 祝振鑫;;膜材料的親水性、膜表面對水的濕潤性和水接觸角的關(guān)系[J];膜科學(xué)與技術(shù);2014年02期

3 汪懷遠(yuǎn);孟e

本文編號：2602158