【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程強化和安全控制等方面的優(yōu)點,其在自清潔、提高傳熱系數(shù)和流體減阻等方面具有獨特的優(yōu)勢,近十年來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。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)計了不同的實驗方法,開展了超疏水表面制備的研究,旨在設(shè)計并構(gòu)建出可應(yīng)用于疏水微通道反應(yīng)器的機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)對其表面進行處理,制備出透明的疏水膜。著重探討TMCS用量、改性時間、不同酸堿性環(huán)境、氨水濃度和浸泡時間等對修飾后的玻璃基板表面接觸角的影響。隨后,為進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;研究了粗糙度對于表面潤濕性能的影響,并結(jié)合Wenzel模型與Cassie-Baxter模型進行理論了分析。為提高超疏水涂層的機械性能,分別采用兩種實驗設(shè)計,對基于聚二甲氧基硅氧烷(PDMS)的疏水表面機械性能進行了改善: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。實驗中研究了SNSs用量對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表面潤濕性的影響因素般認為有兩個主要的因素影響固體表面的潤濕性，即固體表面觀粗糙結(jié)構(gòu)。舉例來說，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，也就是說荷葉表面同時具有這兩個層次的微觀研究發(fā)現(xiàn)，其納米級結(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 表面潤濕性的影響因素一般認為有兩個主要的因素影響固體表面的潤濕性，即固體表面自由能面微觀粗糙結(jié)構(gòu)。舉例來說，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的突起，從內(nèi)置的放大圖片可以觀察到更細小米級的絨毛的存在，，也就是說荷葉表面同時具有這兩個層次的微觀結(jié)構(gòu)。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，其納米級結(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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB306

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本文編號：2621466