本文關(guān)鍵詞：銅基底超疏水薄膜的制備與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：浸潤(rùn)性是固體表面重要特性之一，也是自然界、日常生活中最常見的界面現(xiàn)象之一。具有特殊浸潤(rùn)性的超疏水表面因在自清潔表面、微流體系統(tǒng)、防水防腐蝕及生物相容性等許多領(lǐng)域中有著良好的應(yīng)用前景，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。表面浸潤(rùn)性主要由固體表面化學(xué)組成和表面微細(xì)幾何結(jié)構(gòu)共同決定，因此制備超疏水表面主要是通過在粗糙的表面上修飾低表面能的物質(zhì)和在低表面能材料的表面構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)這兩種方式實(shí)現(xiàn)。目前，超疏水表面材料的制備方法多種多樣，但大多存在制備條件苛刻、加工設(shè)備特殊或工藝過程復(fù)雜等不足以及粗糙表面通常會(huì)影響到材料的使用性能等問題，未能使超疏水材料得到普遍應(yīng)用。因此探索成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境友好、性能優(yōu)良的超疏水表面制備的方法仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文基于固體表面浸潤(rùn)性理論，以自然界中超疏水性現(xiàn)象為基礎(chǔ)，采用化學(xué)置換法和濕潤(rùn)緩慢退火相結(jié)合的方法成功制備了銅基底超疏水薄膜，并對(duì)其疏水性能進(jìn)行了深入的理論分析，具體內(nèi)容如下： 1.以經(jīng)硝酸刻蝕具有適宜粗糙結(jié)構(gòu)的銅片為基底，首次采用化學(xué)置換法和緩慢退火相結(jié)合的方法制備了微納米雙階層結(jié)構(gòu)的超疏水薄膜，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索影響表面微觀結(jié)構(gòu)的因素及其影響規(guī)律。 2.利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、X射線光電子能譜、接觸角測(cè)量?jī)x等測(cè)試方法對(duì)處理前后銅基薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、表面元素組成與潤(rùn)濕等性能進(jìn)行了表征和分析。 3.對(duì)所制備的超疏水銅基開展了空氣中穩(wěn)定性測(cè)試、水下浸泡測(cè)試、表面自清潔測(cè)試、抗腐蝕能力測(cè)試、酸堿滴定測(cè)試以及疏油測(cè)試，探究了超疏水銅膜表面的優(yōu)異性能。 該方法儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，，突破傳統(tǒng)的超疏水表面的制備方法，不需要低表面自由能有機(jī)物的修飾。通過分析制備過程中銅表面組成、形貌及與水的接觸角的變化，研究了刻蝕時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)濃度、退火方式、退火時(shí)間和退火溫度以及溶劑的種類對(duì)表面潤(rùn)濕性變化的影響規(guī)律，分析出超疏水薄膜制備的決定性因素和最佳條件。其中，退火在制備該超疏水表面的過程中起著關(guān)鍵的作用。 超疏水表面由微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)組成，主要特征在于表面具有微納米尺寸的珊瑚狀結(jié)構(gòu)。在最佳條件下，該表面具有良好的超疏水性能，水滴在該薄膜上的最大接觸角約為170±2°，滾動(dòng)角約為0±2°，屬于典型的Cassie態(tài)的超疏水表面。 超疏水處理后的銅片呈現(xiàn)很好的不粘性、長(zhǎng)久的穩(wěn)定性，而且在含氯離子溶液中的抗腐蝕能力顯著提高，此外該樣品還具有超疏油的功能，可作為超雙疏表面，具有潛在應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，它也為超疏水材料在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的推廣提供了一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：潤(rùn)濕性 超疏水表面 微納米復(fù)合結(jié)構(gòu) 銅基底
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O647.1;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-13
• 第1章 緒論13-46
• 1.1 引言13-14
• 1.2 自然界中的超疏水現(xiàn)象14-17
• 1.2.1 荷葉14-15
• 1.2.2 水黽15-16
• 1.2.3 水稻葉16
• 1.2.4 蝴蝶翅膀16-17
• 1.3 超疏水表面的理論基礎(chǔ)17-23
• 1.3.1 潤(rùn)濕性的基本概念17-18
• 1.3.2 Young 氏方程18-19
• 1.3.3 Wenzel 方程19-20
• 1.3.4 Cassie-Baxter 方程20-22
• 1.3.5 Wenzel 模型和 Cassie-Baxter 模型之間的關(guān)系22-23
• 1.3.6 接觸角的測(cè)量方法23
• 1.4 超疏水表面的制備方法23-36
• 1.4.1 模板法23-25
• 1.4.2 刻蝕法25-26
• 1.4.3 電紡法26-28
• 1.4.4 沉積法28-30
• 1.4.5 溶膠-凝膠法30-31
• 1.4.6 相分離法31-32
• 1.4.7 機(jī)械加工法32-33
• 1.4.8 自組裝法33
• 1.4.9 水熱法33-34
• 1.4.10 一步浸泡法34-35
• 1.4.11 其它方法35-36
• 1.5 超疏水表面應(yīng)用及存在的問題36-38
• 1.5.1 超疏水表面的應(yīng)用36-37
• 1.5.2 超疏水表面技術(shù)中存在的問題37-38
• 1.6 新型功能超疏水表面的制備研究38-42
• 1.6.1 具有光學(xué)性能的透明超疏水表面38-39
• 1.6.2 超疏水織物39
• 1.6.3 超雙疏表面39-40
• 1.6.4 開關(guān)型‖超疏水表面40-42
• 1.6.5 耐候性強(qiáng)及可修復(fù)超疏水表面42
• 1.6.6 其他新型功能超疏水表面42
• 1.7 選題依據(jù)與研究?jī)?nèi)容42-46
• 1.7.1 選題依據(jù)42-44
• 1.7.2 本課題組的研究現(xiàn)況44-45
• 1.7.3 主要研究?jī)?nèi)容45-46
• 第2章 樣品制備及表征方法46-49
• 2.1 實(shí)驗(yàn)部分46-47
• 2.1.1 試劑和儀器46
• 2.1.2 銅基底的表面預(yù)處理46-47
• 2.1.3 銅基底超疏水表面的制備47
• 2.2 樣品表征47-49
• 2.2.1 潤(rùn)濕性能分析47
• 2.2.2 顯微結(jié)構(gòu)分析47
• 2.2.3 晶體結(jié)構(gòu)分析47-48
• 2.2.4 化學(xué)成分分析48
• 2.2.5 抗腐蝕性分析48
• 2.2.6 功能特性分析48-49
• 第3章 銅基底超疏水表面的結(jié)構(gòu)、性能和表征49-62
• 3.1 引言49
• 3.2 銅基底超疏水表面浸潤(rùn)性的單因素影響測(cè)試49-54
• 3.2.1 刻蝕時(shí)間對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響49-50
• 3.2.2 反應(yīng)濃度對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響50-51
• 3.2.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響51-52
• 3.2.4 退火方式對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響52
• 3.2.5 退火溫度對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響52
• 3.2.6 退火時(shí)間對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響52-53
• 3.2.7 溶劑種類對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響53
• 3.2.8 退火驟冷熱對(duì)超疏水表面浸潤(rùn)性的影響53-54
• 3.3 銅基底超疏水表面的浸潤(rùn)性和表征分析54-59
• 3.3.1 靜態(tài)接觸角(CA)和滾動(dòng)角(SA)的測(cè)量54-55
• 3.3.2 超疏水表面的形貌(SEM)分析55-57
• 3.3.3 超疏水表面的 X 射線衍射物相(XRD)分析57-58
• 3.3.4 超疏水表面的 X 射線光電子能譜(XPS)分析58-59
• 3.4 超疏水表面的超疏水原理和反應(yīng)機(jī)理分析59-61
• 3.4.1 銅基底超疏水表面的超疏水原理分析59-60
• 3.4.2 銅基底超疏水表面的反應(yīng)機(jī)理分析60-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 第4章 銅基底超疏水表面的性能研究62-67
• 4.1 引言62
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析62-66
• 4.2.1 空氣中穩(wěn)定性測(cè)試62-63
• 4.2.2 水下浸泡測(cè)試63
• 4.2.3 自清潔能力測(cè)試63-64
• 4.2.4 抗腐蝕能力測(cè)試64-65
• 4.2.5 酸堿滴定測(cè)試65-66
• 4.2.6 疏油測(cè)試66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-68
• 5.1 結(jié)論67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-77
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：441282