近來,水下超疏油表面由于在油水分離、抗油污涂層以及微液滴搬運(yùn)等領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)越來越受到人們的關(guān)注。對(duì)自然界中水下超疏油表面的深入研究表明材料表面微米/納米等級(jí)結(jié)構(gòu)和表面親水性化學(xué)組成的共同作用賦予了材料表面獨(dú)特的水下超疏油性能。基于以上發(fā)現(xiàn)人們制備了不同種類的水下超疏油表面,然而絕大多數(shù)的水下超疏油表面由于其表面微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差在實(shí)際使用中容易失去水下超疏油性能。因此構(gòu)筑高穩(wěn)定性的水下超疏油表面是推動(dòng)該類材料走向?qū)嶋H應(yīng)用的迫切需求。本論文通過構(gòu)筑具有優(yōu)異耐磨損性能的微觀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性水下超疏油材料的制備,并且考察了水下超疏油材料的穩(wěn)定性對(duì)油水分離性能的影響。采用電沉積的方法制備了分別具有半球狀、松塔狀和蜂巢狀微觀結(jié)構(gòu)的三種水下超疏油銅表面（水下油的接觸角均大于160°,滾動(dòng)角小于2°）,研究了表面微結(jié)構(gòu)形貌對(duì)其穩(wěn)定性的影響。分別對(duì)三種銅表面進(jìn)行了一系列的磨損測試,并詳細(xì)研究了磨損前后三種銅表面的表面微觀形貌和浸潤性能。結(jié)果表明:半球狀微觀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的耐磨損性能,具有該結(jié)構(gòu)的銅表面展示出高穩(wěn)定性的水下超疏油性能,另外兩種結(jié)構(gòu)的表面經(jīng)磨損測試后,表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的破壞,同... 

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

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

超浸潤體系圖[3]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-2-其在實(shí)際使用中易因微觀結(jié)構(gòu)破壞而失去原有的超浸潤性能，這嚴(yán)重制約了該類材料的實(shí)際使用。因?yàn)槌䴘櫜牧媳砻娴奈⒚?納米等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)超浸潤性能至關(guān)重要的作用，所以制備具有高穩(wěn)定性微/納等級(jí)結(jié)構(gòu)的超浸潤材料是目前迫切需要解決的問題。1.2固體表面浸潤性浸潤性是材料表面固有的特征，主要由材料表面的形貌和化學(xué)組成決定[8]。隨著人們對(duì)于浸潤現(xiàn)象研究的不斷深入，固體表面浸潤性相關(guān)的理論也不斷的被豐富和完善。1.2.1Young模型接觸角是評(píng)估固體表面浸潤性能的量度。當(dāng)液體滴落在國體表面時(shí)，便會(huì)形成液體、固體和氣體的三相接觸體系，從三相接觸線處取液滴的切線，該切線與固液接觸線的夾角即為液體在固體表面的接觸角（圖1-2a）[8]。圖1-2空氣中不同的固體表面浸潤模型[8](a)Young模型；(b)Wenzel模型；(c)Cassie模型Figure1-2Schematicdiagramsofliquiddropletinair[8](a)Youngstate;(b)Wenzelstate;(c)Cassiestate1805年，ThomasYoung提出液滴在光滑的固體表面上的接觸角由固體的表面自由能決定，并且給出了Young方程[2]來描述接觸角θ：LVSLSVcos(1-1)其中，γ代表表面自由能（表面張力），S、V、L分別代表固體、氣體和液體，γSV、γSL和γLV分別指的是固體和氣體之間的界面張力、固體和液體之間的界面張力以及液體和氣體之間的界面張力，θ代表液滴在固體表面的本征接觸角。隨著人們對(duì)浸

第1章緒論-5-等級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)于實(shí)現(xiàn)超疏水性能的重要性。具有微米柱狀體陣列表面形貌的表面的浸潤狀態(tài)難以從Cassie狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閃enzel狀態(tài)（圖1-3a），而具有微米/納米等級(jí)結(jié)構(gòu)的柱狀體陣列形貌的表面卻能夠?qū)崿F(xiàn)在上述兩種狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)變（圖1-3b）。圖1-3微米/納米等級(jí)結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定超疏水性能的關(guān)鍵因素[19](a)單一的微米結(jié)構(gòu)表面難以實(shí)現(xiàn)Cassie狀態(tài)到Wenzel狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變；(b)微米/納米等級(jí)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)Cassie狀態(tài)到Wenzel狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變Figure1-3Micro-/nanoscaletwo-tierstructuresarethekeyfactorinbuildingstablesuperhydrophobicsurfaces[19](a)Forsinglemicroscaleroughness,anirreversiblechangeinthewettingbehaviorfromtheCassietotheWenzelstateappeared;(b)Fortheirhierarchicalcounterpart,nanostructurescanreplacetheWenzelstatewithanano-Cassiestateduetothetrappedairpocketsinsidetheirstructuralgaps1959年，另一項(xiàng)浸潤領(lǐng)域的突破性進(jìn)展超親水現(xiàn)象在硅晶圓的預(yù)處理過程中被發(fā)現(xiàn)[20]。此后，超親水現(xiàn)象越來越受到人們的關(guān)注，人們也嘗試著制備超親水表面。Fujishima等[21]制備了一種光引發(fā)的超親水表面，該表面為二氧化鈦納米顆粒涂覆的載玻片，在紫外光的照射下該表面可實(shí)現(xiàn)超親水性能。由于超親水材料在自清潔和防霧等方面的應(yīng)用，該類材料越來越受到人們的關(guān)注。2009年，人們發(fā)現(xiàn)空氣中超親水的表面置于水下時(shí)會(huì)變?yōu)閷?duì)油滴低黏附的超疏油表面[22]，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)將浸潤性能的研究拓展到了油/水/固三相體系，這也引發(fā)了該領(lǐng)域新的研究熱

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]仿生多尺度超浸潤界面材料[J]. 王鵬偉,劉明杰,江雷.  物理學(xué)報(bào). 2016(18)
[2]具有特殊浸潤性的仿生智能納米界面材料[J]. 江雷.  科學(xué)觀察. 2007(05)
[3]仿生超疏水性表面的研究進(jìn)展[J]. 郭志光,劉維民.  化學(xué)進(jìn)展. 2006(06)
[4]從自然到仿生的超疏水納米界面材料[J]. 江雷.  化工進(jìn)展. 2003(12)



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