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等領(lǐng)域的卓越表現(xiàn)越來越受到人們的關(guān)注。對自然界中水下超疏油表面的深入研究表明材料表面微米/納米等級結(jié)構(gòu)和表面親水性化學組成的共同作用賦予了材料表面獨特的水下超疏油性能�；谝陨习l(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°,滾動角小于2°）,研究了表面微結(jié)構(gòu)形貌對其穩(wěn)定性的影響。分別對三種銅表面進行了一系列的磨損測試,并詳細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)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

超浸潤體系圖[3]

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-2-其在實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，這嚴重制約了該類材料的實際使用。因為超浸潤材料表面的微米/納米等級結(jié)構(gòu)對超浸潤性能至關(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組成決定[8]。隨著人們對于浸潤現(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模型接觸角是評估固體表面浸潤性能的量度。當液體滴落在國體表面時，便會形成液體、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。隨著人們對浸

第1章緒論-5-等級結(jié)構(gòu)對于實現(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/納米等級結(jié)構(gòu)是實現(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)表面難以實現(xiàn)Cassie狀態(tài)到Wenzel狀態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變；(b)微米/納米等級結(jié)構(gòu)可以實現(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，另一項浸潤領(lǐng)域的突破性進展超親水現(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會變?yōu)閷τ偷蔚宛じ降某栌捅砻鎇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】：
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.  物理學報. 2016(18)
[2]具有特殊浸潤性的仿生智能納米界面材料[J]. 江雷.  科學觀察. 2007(05)
[3]仿生超疏水性表面的研究進展[J]. 郭志光,劉維民.  化學進展. 2006(06)
[4]從自然到仿生的超疏水納米界面材料[J]. 江雷.  化工進展. 2003(12)



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