發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 00:14

【摘要】：超疏水微通道不僅具有傳統(tǒng)親疏水微通道在化工過(guò)程強(qiáng)化和安全控制等方面的優(yōu)點(diǎn),其在自清潔、提高傳熱系數(shù)和流體減阻等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),近十年來(lái)引起了大量研究者的關(guān)注。目前,超疏水材料的制備存在工藝繁瑣、成本高和環(huán)境不友好等缺點(diǎn)。而將其應(yīng)用于微通道,制備出性能穩(wěn)定、可視性好的超疏水微通道的難度更大。本論文設(shè)計(jì)了不同的實(shí)驗(yàn)方法,開(kāi)展了超疏水表面制備的研究,旨在設(shè)計(jì)并構(gòu)建出可應(yīng)用于疏水微通道反應(yīng)器的機(jī)械性能良好的透明超疏水表面。論文首先采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和溶膠-凝膠法,在玻璃基板表面構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu),再利用三甲基氯硅烷(TMCS)對(duì)其表面進(jìn)行處理,制備出透明的疏水膜。著重探討TMCS用量、改性時(shí)間、不同酸堿性環(huán)境、氨水濃度和浸泡時(shí)間等對(duì)修飾后的玻璃基板表面接觸角的影響。隨后,為進(jìn)一步提高表面疏水性,分別利用TMCS作為低表面能修飾劑,單尺度的二氧化硅納米小球(SNSs)以及雙尺度的補(bǔ)丁狀二氧化硅納米顆粒(PSNPs)構(gòu)造粗糙結(jié)構(gòu);采用滴涂法在玻璃基板、打印紙和濾紙等多種基板表面構(gòu)造出透明超疏水涂層;研究了粗糙度對(duì)于表面潤(rùn)濕性能的影響,并結(jié)合Wenzel模型與Cassie-Baxter模型進(jìn)行理論了分析。為提高超疏水涂層的機(jī)械性能,分別采用兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)基于聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)的疏水表面機(jī)械性能進(jìn)行了改善:第一種方法是利用PDMS作為低表面能涂層和固化材料,并以疏水SNSs構(gòu)造粗糙度并提供低表面能,采用旋涂和滴涂工藝,分別在玻璃和濾紙表面制備聚硅氧烷/二氧化硅雜化疏水涂層。實(shí)驗(yàn)中研究了SNSs用量對(duì)涂層接觸角和微觀形貌的影響。第二種方法利用固化后的PDMS薄膜作為基板,采用壓印技術(shù),制備出可轉(zhuǎn)移的柔韌性良好的超疏水膜。上述研究為后續(xù)在微通道中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-1 水滴在親水、疏水和超疏水表面存在狀態(tài)的示意圖[13]g. 1-1 Schematic of water droplet existence on the hydrophilic, hydrophobicsuperhydrophobic surfaces表面潤(rùn)濕性的影響因素般認(rèn)為有兩個(gè)主要的因素影響固體表面的潤(rùn)濕性，即固體表面觀粗糙結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，自然界中的荷葉表面，從圖 1-2 中可荷葉表面如同在空氣中一樣，仍可呈球狀。而從旁邊的電鏡圖，荷葉表面具有微米級(jí)的突起，從內(nèi)置的放大圖片可以觀察到的絨毛的存在，也就是說(shuō)荷葉表面同時(shí)具有這兩個(gè)層次的微觀研究發(fā)現(xiàn)，其納米級(jí)結(jié)構(gòu)由具有低表面能的蠟狀化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成微觀結(jié)構(gòu)與低表面能共同造就了荷葉表面自清潔的超疏水性能

圖 1-1 水滴在親水、疏水和超疏水表面存在狀態(tài)的示意圖[13]Fig. 1-1 Schematic of water droplet existence on the hydrophilic, hydrophobic andsuperhydrophobic surfaces.2.2 表面潤(rùn)濕性的影響因素一般認(rèn)為有兩個(gè)主要的因素影響固體表面的潤(rùn)濕性，即固體表面自由能面微觀粗糙結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，自然界中的荷葉表面，從圖 1-2 中可以看到滴在荷葉表面如同在空氣中一樣，仍可呈球狀。而從旁邊的電鏡圖片中可察到，荷葉表面具有微米級(jí)的突起，從內(nèi)置的放大圖片可以觀察到更細(xì)小米級(jí)的絨毛的存在，，也就是說(shuō)荷葉表面同時(shí)具有這兩個(gè)層次的微觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，其納米級(jí)結(jié)構(gòu)由具有低表面能的蠟狀化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。這種次的微觀結(jié)構(gòu)與低表面能共同造就了荷葉表面自清潔的超疏水性能。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB306

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本文編號(hào)：2621466