在現實生活中,很多表面容易積灰沾水,這樣會導致表面的透光度減小,且有些表面清洗困難,這不僅會導致經濟損失,還會給人們的生命安全帶來隱患。為了避免這種現象,需要定期對表面進行清潔處理。通過改變表面的浸潤性使其達到超疏水的要求,從而使得該表面具有自清潔的特點,較傳統(tǒng)方法來說,這種方法無需增加額外的設備和經濟損耗,是一種較為理想的方法。本課題首先對表面的超疏水性及透明性原理進行學習,然后探究超疏水性和透明性的影響因素,知道了固體材料表面的疏水性除了受表面自由能和表面粗糙度的影響之外,還會受到諸如溫度、壓力、電場作用等外界環(huán)境的影響,當涂層表面的微觀結構的粗糙度尺寸為100nm或者更小時,其表面透光度將大于95%。然后借助COMSOL Multiphysics軟件建立了液滴撞擊表面的仿真模型。通過建立液滴撞擊不同表面結構的壁面的仿真模型,比較了表面結構分別為三角形鋸齒、方形鋸齒和半圓形鋸齒壁面的自清潔效果的差異;通過建立液滴撞擊不同接觸角的壁面的仿真模型,發(fā)現隨著接觸角的增加,液滴的鋪展半徑也逐漸減小,當接觸角增加到大于150°（超疏水）后,液滴在碰撞過程中出現了彈跳現象;最后,通過建立液滴撞... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

自然界中的超疏水現象在實際生產和生活中，透明超疏水涂層的使用場景非常廣泛，比如對于一

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文4兩次連續(xù)復制和結合背部擴散光刻蝕的方法，制備出了聚二甲即硅氧烷透明超疏水表面，其透光率達到了94%。1.2.3納米粒子自組裝技術制備透明超疏水薄膜國內外研究現狀該技術是利用納米粒子在一定條件下可自發(fā)地組裝出有序的結構來制備透明超疏水表面，常用的納米粒子有TiO2、SiO2、ZnO等。Cao等[11]通過這個方法將聚苯乙烯和顆粒直徑不大于100nm的SiO2顆�；旌希�550℃下經過4小時熱處理以去除聚苯乙烯，然后用二甲基氯硅烷對表面進行修飾，得到了透明的超疏水薄膜，其接觸角>160°，透光率>90%。Liang等[12]通過同樣的方法將SiO2顆粒組裝在了玻璃表面，再用低表面能的物質對表面進行修飾，制備出了透明的超疏水表面。Amigoni等[13]利用氨基對納米SiO2粒子進行交替改性以及利用環(huán)氧對納米SiO2粒子層進行改性處理，最終構筑了超疏水表面，當組裝的層數逐漸增多時，其疏水性也隨之提高，整個過程如圖1-2所示。圖1-2通過共價鍵層層自組裝的構筑[13]1.2.4模板法制備透明超疏水薄膜國內外研究現狀制備透明超疏水薄膜的另一種常用方法是模板法。Jin等[14]通過模板法制得了一種具有納米管陣列結構的聚苯乙烯薄膜，其接觸角可達162°。Sato研究小組[15]通過將SiO2離子和聚苯乙烯微球制成反蛋白型石晶體膜，然后對其表面用氟硅烷基團修飾，制得了超疏水表面，其接觸角為155°。Xiu等[16]在正硅酸乙酯溶膠-凝膠過程中以氯化膽堿和尿素的混合液體作為非揮發(fā)性的液體模板，然后對其表面用含氟的低表面能物質全氟辛基硅烷修飾，制得了透明的

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文5超疏水薄膜，其接觸角為170°，透光度為90%。Sun等[17]等選擇了荷葉為模板，然后采用提拉PDMS的方法制備了與荷葉具有相反表面結構的復制品，最后可以利用這個結構相反的模板制備出于荷葉正面表面結構相同的復制品，整個過程及結果如圖1-3所示。圖1-3模板法制備超疏水表面流程圖解及SEM圖：(a)荷葉，(b)PDMS復制品正面[17]1.2.5溶膠-凝膠法制備透明超疏水薄膜國內外研究現狀前文提到，要想獲得超疏水表面，通常有兩個方法：一是在疏水的材料表面用以某種方法來獲得微納結構的粗糙度；二是在本身具有微納結構的材料表面引入較低的官能團。目前，制備高透過率超疏水薄膜的較好的方法是溶膠-凝膠法，其有很多優(yōu)點，如：操作溫度低于一般玻璃的融融溫度；實驗中能夠避免引入雜質使得樣品能夠保持純度；更容易控制摻雜量；因為前驅體是在低溫下混合的，因而反應能夠在分子水平上達到高度均勻性[18]。溶膠-凝膠法的本質就是講硅氧烷金屬化合物進行水解得到羥基化合物，然后再經過縮聚反應形成溶膠，陳化后溶膠粒子縮聚并凝膠化，最后經過一定的特俗處理便可得到不同用途的涂層。Lin等[19]通過一步溶膠-凝膠法浸涂工藝，在玻璃上制備了透明防霧的超疏水表面，三氨丙基三乙氧基硅烷經過水解縮合反應是表面形成了一定的粗糙度，然后用十六烷基三乙氧基硅烷對表面進行修飾，共同作用形成了透明的超疏水表面，該表面的接觸角大于160°，透光率達到了92.8%。Fan等[20]在實驗中所用的硅源是正硅酸乙酯，但能夠用來降低表面能的修飾物卻是六甲基二硅氮烷，他們通過這兩種主要材料制備了透明的超疏水涂層。Ruchi[21]用GPTMS和MTMS作為前驅體，先通過溶膠-凝膠法得到立體結構，再用短鏈含氟聚合物對其表面進行修飾，得到了?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]超疏水、超雙疏材料的制備與研究[D]. 郗金明.中國科學院研究生院（國家納米科學中心） 2008

碩士論文
[1]液滴撞擊碳納米管陣列表面動態(tài)特性的實驗與數值模擬研究[D]. 楊舒生.江蘇大學 2018
[2]基于聚硅氧烷的防反射涂層的制備及其性能研究[D]. 查杰.華東理工大學 2014



本文編號：3398561