發(fā)布時(shí)間：2017-08-17 18:14

  本文關(guān)鍵詞：超疏水多孔材料的制備及性能研究

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【摘要】：材料的潤(rùn)濕性作為其表面的性質(zhì)之一,通常用宏觀量靜態(tài)接觸角來表達(dá)。隨著人們生活的需要及國(guó)防科技的迅速發(fā)展,具有獨(dú)特浸潤(rùn)性的超疏水材料(靜態(tài)接觸角大于150°,滾動(dòng)角小于10°)引起科研工作者的廣泛關(guān)注。受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā),人們總結(jié)出固體表面的浸潤(rùn)性由表面形貌和表面化學(xué)組成共同決定。因此得到了制備超疏水材料的思路：一是直接在低表面能的物質(zhì)表面構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu),二是用低表面能的物質(zhì)修飾具有微納結(jié)構(gòu)的表面。目前應(yīng)用于制備超疏水表面的方法有層層組裝、等離子體刻蝕、電化學(xué)沉積、物理-化學(xué)氣相沉積、化學(xué)刻蝕、噴涂、溶膠凝膠及靜電紡絲法等,雖然這些方法拓展了超疏水表面的應(yīng)用及發(fā)展,依舊存在制備步驟復(fù)雜、設(shè)備要求高、生產(chǎn)成本高等問題。因此尋找一種簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、易于操作的制備方法很有意義。另外,目前制備的超疏水材料僅僅是表面疏水,對(duì)于多孔材料而言,孔內(nèi)疏水也是一個(gè)很有意義的研究目標(biāo)。本論文采用全新的方法制備超疏水材料,即添加造孔劑法、原位水熱法和一步浸漬法制備多孔陶瓷載體和超疏水表面,首先以宏觀氣孔率為衡量標(biāo)準(zhǔn),篩選了制備多孔陶瓷的材料及條件,隨后以微觀比表面積為衡量標(biāo)準(zhǔn),通過正交實(shí)驗(yàn)得到較優(yōu)的制備多孔陶瓷的條件。最后考察了各個(gè)因素對(duì)原位合成氧化鈰形貌的影響,同時(shí)開展了復(fù)合材料孔內(nèi)疏水的驗(yàn)證和穩(wěn)定性的研究。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：(1)ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體的制備采用添加造孔劑的方法制備了ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體�？疾炝斯橇戏N類、焙燒溫度、造孔劑粒徑、造孔劑用量對(duì)多孔陶瓷載體性能的影響并通過熱重曲線制定了燒結(jié)程序,通過正交實(shí)驗(yàn)確定了制備ZrO2-SiO2基多孔陶瓷載體的最優(yōu)工藝條件：以Zr02和Si02為基質(zhì)原料,用量為55%；微晶纖維素為造孔劑,用量為45%；AlPO4為粘結(jié)劑,用量為5%；焙燒溫度為900℃；焙燒時(shí)間為2h。最優(yōu)工藝條件下制備的ZrO2-Si2基多孔陶瓷載體的相關(guān)參數(shù)：氣孔率為72.62%,比表面積為80.20m2/g,平均孔徑為30.54nm,孔容為0.6122mL/g。(2)Ce02微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑采用原位水熱法在優(yōu)化得到的ZrO2-SiO2基多孔陶瓷表面構(gòu)筑Ce02微納結(jié)構(gòu)�？疾炝司Щ瘻囟�、晶化時(shí)間、模板劑及沉淀劑等因素對(duì)氧化鈰形貌及氧化鈰分布均勻性的影響。尿素做沉淀劑,得到納米簇狀結(jié)構(gòu)；氨水做沉淀劑,得到花狀結(jié)構(gòu),該CeO2/ZrO2-SiO2復(fù)合材料的相關(guān)參數(shù)：氣孔率為70.27%,比表面積為83.36m2/g,平均孔徑為29.52nm,孔容為0.3199mL/g。(3)疏水化及穩(wěn)定性測(cè)試用低濃度的低表面能物質(zhì)PFDTES處理Ce02/Zr02-Si02復(fù)合材料,得到靜態(tài)接觸角大于150。,滾動(dòng)角接近0°的超疏水復(fù)合材料。通過自制裝置,對(duì)比親疏水材料的吸水率,對(duì)材料孔內(nèi)疏水做了驗(yàn)證。具有氧化鈰微納結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在800℃空氣氣氛處理8h,花狀結(jié)構(gòu)能夠很好的保持,說明該材料具有良好的熱穩(wěn)定性。我們通過接觸角的變化衡量超疏水材料的穩(wěn)定性,即將超疏水材料置于pH=1和pH=13的強(qiáng)酸堿溶液中,800h后,接觸角依舊在155。左右,說明該復(fù)合材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；將超疏水材料超聲處理48h,接觸角和滾動(dòng)角幾乎不變,說明該材料機(jī)械強(qiáng)度良好；超疏水材料在馬弗爐中400℃空氣氣氛處理2h,接觸角和滾動(dòng)角幾乎不變,說明該材料具有良好的熱穩(wěn)定性；將超疏水材料置于晶化釜中,80℃水熱處理一周,接觸角和滾動(dòng)角幾乎不變,說明該材料具有良好的水熱穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：超疏水材料 穩(wěn)定性 ZrO_2-SiO_2基多孔陶瓷載體 氧化鈰微納結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 基本理論12-15
• 1.2.1 液體靜態(tài)接觸角12-13
• 1.2.2 液滴滾動(dòng)角13
• 1.2.3 實(shí)際固體表面的兩大模型13-15
• 1.3 特殊潤(rùn)濕性的研究現(xiàn)狀15-22
• 1.3.1 基本概念15-16
• 1.3.2 超疏水材料的制備方法16-21
• 1.3.3 超疏水材料的應(yīng)用21-22
• 1.3.4 存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)22
• 1.4 論文的研究目標(biāo)與內(nèi)容22-24
• 1.4.1 論文的研究目標(biāo)22
• 1.4.2 論文的研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.4.3 論文的創(chuàng)新點(diǎn)23-24
• 第2章 多孔ZrO_2-SiO_2基陶瓷載體的制備24-38
• 2.1 前言24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法25-28
• 2.2.1 原料的選取25-26
• 2.2.2 多孔陶瓷載體的制備26-27
• 2.2.3 表征技術(shù)27-28
• 2.3 結(jié)果與分析28-36
• 2.3.1 粘結(jié)劑種類的影響28-29
• 2.3.2 粘結(jié)劑用量的影響29
• 2.3.3 二氧化鋯含量的影響29-30
• 2.3.4 造孔劑用量的影響30-31
• 2.3.5 造孔劑粒徑的影響31
• 2.3.6 燒結(jié)制度的確定31-33
• 2.3.7 正交實(shí)驗(yàn)33-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第3章 不同形貌氧化鈰微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑38-55
• 3.1 前言38-39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法39-41
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)用原料與儀器39-40
• 3.2.2 表征技術(shù)40
• 3.2.3 微納結(jié)構(gòu)構(gòu)筑流程40-41
• 3.3 結(jié)果與分析41-53
• 3.3.1 ZrO_2-SiO_2基多孔陶瓷表面原位生長(zhǎng)氧化鈰納米線/納米簇41-44
• 3.3.2 ZrO_2-SiO_2基多孔陶瓷上原位合成花狀氧化鈰微納結(jié)構(gòu)44-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第4章 疏水改性及穩(wěn)定性測(cè)試55-66
• 4.1 前言55-56
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法56-59
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)用原料和儀器56-57
• 4.2.2 表征技術(shù)57
• 4.2.3 超疏水材料的制備實(shí)驗(yàn)57-58
• 4.2.4 穩(wěn)定性測(cè)試58-59
• 4.2.5 孔內(nèi)疏水驗(yàn)證59
• 4.3 結(jié)果與分析59-65
• 4.3.1 PFDTES改性CeO_2/ZrO_2-SiO_2基多孔材料59-61
• 4.3.2 穩(wěn)定性測(cè)試61-65
• 4.3.3 孔內(nèi)疏水表征65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論和展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-76
• 附件A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄76-77
• 致謝77

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本文編號(hào)：690390