【摘要】：受自然界“荷葉效應(yīng)”和“玫瑰花效應(yīng)”的啟發(fā),研究者們對超疏水表面表現(xiàn)出極大的興趣,它們在自清潔、抗結(jié)冰結(jié)霜、防腐蝕等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著研究的不斷深入,目前已經(jīng)探索出了許多制備超疏水表面的方法。但由于外界環(huán)境的復(fù)雜多變,制備僅僅排斥水滴的超疏水表面已不能滿足現(xiàn)實的需要。因此,制備出既排斥水滴又排斥油滴的超疏水超疏油表面,或者既排斥水滴同時油又能瞬間浸潤的超疏水超親油表面等具有多液滴特殊浸潤性的表面可以極大地擴大其應(yīng)用范圍。本文在詳細分析特殊潤濕性表面制備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,采用電沉積法在鋁基體上制備超疏水超疏油表面薄膜材料,操作簡單且實用性強。此外,研發(fā)出了一種一步電沉積制備超疏水超親油不銹鋼網(wǎng)膜的新方法,并且制備的超疏水超親油不銹鋼網(wǎng)具有較高化學(xué)穩(wěn)定性和較強的機械持久性。主要研究工作內(nèi)容和取得的研究成果如下:(1)運用電沉積法在鋁基體上構(gòu)筑微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)以及經(jīng)十三氟辛基三乙氧基硅烷(氟硅烷)乙醇溶液修飾制備出超疏水超疏油雙功能薄膜材料。調(diào)節(jié)實驗參數(shù),結(jié)果表明,采用0.0625mol/L硫酸銅、0.0625mol/L硫酸鎳為電解液,在0.04A/cm~2的電流密度下電沉積15min所制備薄膜材料表面生長出似葉片狀的特殊微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。并且由1wt%氟硅烷乙醇溶液修飾1h后的薄膜表面對水和潤滑油接觸角均高于150°,展示出超雙疏性。同時,對所制備的薄膜的穩(wěn)定性進行測試,結(jié)果顯示,所制備薄膜具有良好的耐腐蝕性能與長期穩(wěn)定性能,并對多種油類有疏油性。(2)采用一步電沉積在不銹鋼網(wǎng)基體上制備出超疏水超親油薄膜材料,通過場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能譜儀(EDS),傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、光學(xué)接觸角測量儀分別對制備的網(wǎng)膜表面的微觀形貌、元素組成和潤濕性等進行了分析。結(jié)果表明,所制備的不銹鋼網(wǎng)表面表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性和超親油性,水的接觸角(WCA)為162±1°,油可以瞬間浸潤表面,油的接觸角(OCA)幾乎為0°。同時,對網(wǎng)膜分油水離性能和耐久性進行測試。結(jié)果顯示,所制備的網(wǎng)膜能連續(xù)分離多種油水混合物,對潤滑油和水的混合物分離效率最高,約為98.6%。此外,制備的網(wǎng)膜擁有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機械持久性。經(jīng)多次重復(fù)使用后,所制備的網(wǎng)膜也仍然具有超疏水性,WCA為155±2°,OCA為0°,仍保持著較高的油水分離效率。
【圖文】：

2性表面制備具有一定的挑戰(zhàn)和意義。圖1 荷葉、水稻葉和水黽的照片及其表面的SEM圖：(a) 荷葉[1](b) 水稻葉[2](c) 水黽[5]Fig.1 Optical and SEM images for the surfaces of lotus leaf and rice leaf and water strider: (a) lotusleaf[1](b) rice leaf[2](c) water strider[5]1.2 固體表面特殊浸潤性的基本理論1.2.1 接觸角與潤濕性分類浸潤（Wetting）是指固體和液體相互接觸時，液體在固體表面鋪展或者滲透進入固體內(nèi)部的現(xiàn)象。液體接觸固體表面的時候，它的界面行為受固液表面粘附力控制。當(dāng)粘附力使液滴在表面鋪展，這種表面稱為親液表面；當(dāng)粘附力顯示排斥作用使液滴在表面保持球狀，這種表面稱為疏液表面。為了定量的描述親液和疏液的程度，人們引入了接觸角的概念。將接觸角（ContactAngle, CA）定義為當(dāng)一滴液滴靜置在水平光滑固體表面時，固液表面與氣液表面在三相交匯處切平面的夾角，也稱為靜態(tài)接觸角和本征接觸角，如圖 2 所示[42]。當(dāng)接觸角在 0°至 90°

稱之為超親液表面。當(dāng)接觸角大于 150°時，固體表面很難浸潤，稱之為超疏液表面。圖2 接觸角示意圖[42]Fig.2 Scheme of contact angle[42]1.2.2 滾動接觸角及接觸角滯后對于具有特殊浸潤性的表面，除了接觸角外，還需要引入另外兩個參數(shù)進一步描述其潤濕性質(zhì)，即滾動角和接觸角滯后。當(dāng)一定大小的液滴滴落在固體表面時，慢慢的傾斜固體表面，液滴剛好滾動時候的最小傾斜角度為滾動角（Slidingangle, SA）[43]。同時，，如圖 3 所示，液滴剛好滾動的時候有一個前進接觸角和一個后退接觸角，二者之差則是接觸角滯后[44, 45]。并且固體表面的接觸角滯后和滾動角之間的關(guān)系可以用以下公式(1)來描述[46]:mg(sinα)/w=γlv(cosθrca  cosθadv) (1)其中，m 為液滴質(zhì)量
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2

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本文編號：2659371