本文關(guān)鍵詞：幾種稀土氧化物微納結(jié)構(gòu)超疏水表面的制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 金屬超疏水表面 稀土氧化物 表面微納結(jié)構(gòu) 水熱法 接觸角

【摘要】：固體表面的潤濕性是其重要的固有性質(zhì)之一,而具有超疏水性的金屬表面材料因其具有良好的表面疏水性及自清潔性等特點而擁有很大的應(yīng)用潛力,并已在金屬防腐蝕、微流體控制及油水分離等方面取得了富有成效的應(yīng)有。研究表明,固體表面的潤濕性主要取決于其表面的化學(xué)組成及表面粗糙度,故可以通過人為地對表面化學(xué)組成及表面粗糙度的控制而達(dá)到可控調(diào)控固體表面濕潤性的目的。一般來說,有兩種制備超疏水表面的思路：一種思路是在本就具有低表面能的表面上構(gòu)筑微納粗糙結(jié)構(gòu)；另一種思路是用低表面能物質(zhì)修飾本就具有一定粗糙微納結(jié)構(gòu)的表面。基于此思路,涌現(xiàn)出許多制備超疏水表面的方法,如溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相沉積法、等離子蝕刻法、電化學(xué)法和水熱法等。在本研究中,主要采取水熱合成法,成功的以較為簡易的手段在鋁金屬表面原位合成了數(shù)種具有不同形貌的稀土氧化物微納結(jié)構(gòu)超疏水表面,主要研究工作及研究結(jié)論如下：(1)采用水熱法,在鋁片表面原位合成了數(shù)種氧化鈰微納粗糙結(jié)構(gòu),通過改變添加劑成分及水熱溫度,可以可控的制備具有不同形貌的氧化鈰微納結(jié)構(gòu),這些表面經(jīng)PFAS表面改性后,均表現(xiàn)出了良好的疏水性,接觸角最高達(dá)159.4°。同時,對其中一種氧化鈰納米纖維簇堆疊微納結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行了深入探究,研究了添加劑含量及水熱溫度對表面形貌的影響,從陽離子表面活性劑CTAB對納米粒子生長的影響角度提出了此氧化鈰納米纖維簇可能的生長機(jī)理。(2)在鋁金屬片表面原位水熱合成氧化鉺微納結(jié)構(gòu),在添加劑成分固定的情況下,通過改變添加劑用量及水熱溫度,成功的在金屬鋁基底表面構(gòu)筑了三種不同的仿生氧化鉺微納結(jié)構(gòu)表面,經(jīng)PFAS表面改性后,表面表現(xiàn)出了良好的超疏水性,接觸角最高達(dá)160.2°。同時,探討了添加劑CTAB的濃度及水熱溫度等實驗條件對制得氧化鉺微納結(jié)構(gòu)形貌的影響,并綜合考慮CTAB及水熱溫度的納米生長造成的影響,提出了氧化鉺微納結(jié)構(gòu)可能的生長機(jī)理。將樣品浸泡在3.5wt%的氯化鈉溶液中測試其耐腐蝕性,經(jīng)過15天的浸泡后,樣品表面沒有出現(xiàn)宏觀及微觀缺陷,且水接觸角無明顯下降,說明此超疏水表面具有良好的耐腐蝕性。(3)在不添加任何表面活性劑、模版劑及沉淀劑的情況下,僅以硝酸鑭水溶液為水熱生長溶液,通過較為簡單的水熱法在金屬鋁表面構(gòu)筑了氧化鑭微納粗糙結(jié)構(gòu)。詳細(xì)探討了合成液中硝酸鑭的濃度及水熱溫度對表面形貌的影響,并綜合考慮此兩項因素,給出了硝酸鑭濃度及水熱溫度影響制得表面氧化鑭微納結(jié)構(gòu)形貌的原因。此具有氧化鑭微納粗糙結(jié)構(gòu)的表面經(jīng)PFAS改性后,均表現(xiàn)出良好的超疏水性,接觸角最高達(dá)160°。將樣品浸泡在具有一定pH梯度的溶液中測試超疏水表面的耐酸堿性,樣品經(jīng)過具有不同pH值的溶液浸泡3小時后,其表面的接觸角均無明顯下降,說明此超疏水表明具有良好的耐酸堿性。
【關(guān)鍵詞】：金屬超疏水表面 稀土氧化物 表面微納結(jié)構(gòu) 水熱法 接觸角
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB306
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 固體表面潤濕性理論12-16
• 1.2.1 Young氏方程12-13
• 1.2.2 Wenzel模型13-14
• 1.2.3 Cassie模型14-15
• 1.2.4 Wenzel模型與Cassie模型的聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)換15-16
• 1.3 超疏水表面的制備方法16-20
• 1.3.1 蝕刻法16-17
• 1.3.2 化學(xué)氣相沉積法17-18
• 1.3.3 溶膠凝膠法18
• 1.3.4 電化學(xué)沉積法18-19
• 1.3.5 水熱法19-20
• 1.4 金屬超疏水表面的應(yīng)用20-21
• 1.4.1 金屬防腐蝕20-21
• 1.4.2 油水分離21
• 1.4.3 微流體控制系統(tǒng)21
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點21-24
• 第二章 幾種不同氧化鈰微納結(jié)構(gòu)疏水表面的制備與表征24-41
• 2.1 實驗試劑與實驗儀器24-25
• 2.2 實驗方法25-28
• 2.2.1 幾種氧化鈰微納粗糙結(jié)構(gòu)的原位水熱制備25-27
• 2.2.2 全氟硅烷(PFAS)的二次修飾27-28
• 2.2.3 樣品表征28
• 2.3 實驗結(jié)果及討論28-39
• 2.3.1 樣品表面XRD表征及分析28-29
• 2.3.2 樣品表面EDS表征及分析29-30
• 2.3.3 樣品表面形貌的表征與分析30-38
• 2.3.4 表面疏水改性及潤濕性測試38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 氧化鉺仿生微納結(jié)構(gòu)疏水表面的制備及性能研究41-57
• 3.1 實驗試劑與實驗儀器41-42
• 3.2 實驗方法42-44
• 3.2.1 氧化鉺仿生微納結(jié)構(gòu)的水熱原位制備42-43
• 3.2.2 全氟硅烷(PFAS)的二次修飾43
• 3.2.3 樣品表征43
• 3.2.4 樣品在鹽溶液中的耐腐蝕性測試43-44
• 3.3 實驗結(jié)果及討論44-55
• 3.3.1 表面微納結(jié)構(gòu)形貌的表征與分析44
• 3.3.2 樣品表面EDS分析44-46
• 3.3.3 樣品表面XRD分析46-47
• 3.3.4 表面疏水改性及潤濕性測試與分析47-49
• 3.3.5 氧化鉺仿生微納結(jié)構(gòu)超疏水表面制備機(jī)理的探討49-53
• 3.3.6 樣品抗鹽溶液腐蝕性能測試與分析53-55
• 3.4 本章小結(jié)55-57
• 第四章 氧化鑭微納結(jié)構(gòu)疏水表面的簡易制備及性能研究57-72
• 4.1 實驗試劑與實驗儀器57-58
• 4.2 實驗方法58
• 4.2.1 氧化鑭微納粗糙結(jié)構(gòu)的水熱原位制備58
• 4.2.2 表面疏水改性58
• 4.2.3 樣品表征58
• 4.2.4 耐酸堿性能測試58
• 4.3 實驗結(jié)果與討論58-70
• 4.3.1 樣品表面形貌的表征與分析58-64
• 4.3.2 樣品表面XRD表征分析64-65
• 4.3.3 樣品表面EDS表征及分析65-67
• 4.3.4 樣品表面疏水改性及潤濕性分析67-69
• 4.3.5 超疏水表面樣品的耐酸堿性能測試與分析69-70
• 4.4 本章小結(jié)70-72
• 第五章 結(jié)論與展望72-75
• 5.1 主要研究結(jié)論72-74
• 5.2 本論文存在的不足與展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-82
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄82-83
• 致謝83

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本文編號：611033