【摘要】：石墨儲(chǔ)量豐富,具有耐高溫、耐腐蝕、自潤滑、抗熱震性好、導(dǎo)熱及導(dǎo)電等優(yōu)越性能,已在航空、航天、核工業(yè)、軍工以及許多民用工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。研究并調(diào)控石墨的潤濕性,對(duì)于石墨相關(guān)產(chǎn)品的制造、加工與應(yīng)用等方面有著重要意義。已報(bào)道的石墨的接觸角從35°~126°各不相同,本文對(duì)石墨潤濕性方面的諸多爭(zhēng)議進(jìn)行深入對(duì)比分析,從表面物理性質(zhì)和表面化學(xué)性質(zhì)兩個(gè)方面指出了造成潤濕性差異的原因,并對(duì)石墨表面的潤濕性進(jìn)行了調(diào)控。在控制濕度的條件下,將宏觀與微觀潤濕性表征相結(jié)合,探究了石墨表面本征潤濕性。從表面物理性質(zhì)的角度對(duì)已報(bào)道的石墨潤濕性結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,通過掃描電子顯微鏡(SEM)和接觸角(WCA)的表征,發(fā)現(xiàn)解理后的表面有較多的起層和破碎,粗糙不平的形貌造成很大的測(cè)量誤差。通過改進(jìn)預(yù)處理方法,如對(duì)解理的石墨片進(jìn)行壓平處理、選擇石墨片中央平坦區(qū)域進(jìn)行測(cè)量、調(diào)整了水滴體積參數(shù),可有效減小接觸角測(cè)量中的偏差與誤差,實(shí)現(xiàn)重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確性高的石墨表面潤濕性研究。從表面化學(xué)的角度表征石墨表面潤濕性,通過掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜(XPS)、紅外光譜(FTIR)、Raman光譜等分析表明,新解理石墨為本征微親水性材料(64°),而非長久以來所公認(rèn)的疏水材料(90°)。發(fā)現(xiàn)新解理石墨在空氣中放置時(shí),石墨潤濕性有從親水性向疏水性過渡的現(xiàn)象,潤濕性變化的原因是吸附了空氣中的水和碳?xì)浠衔�。系統(tǒng)研究了等離子體處理、紫外燈照射改變石墨表面的短時(shí)和長期潤濕性的影響規(guī)律,表面改性處理可以減緩石墨在空氣中由親水向疏水變化的速率。石墨表面經(jīng)過等離子體與紫外處理后,表面會(huì)產(chǎn)生許多缺陷與活性位點(diǎn),容易在空氣中發(fā)生反應(yīng)生成許多含氧基團(tuán)。這些樣品表面的缺陷與晶界處的極性的含氧基團(tuán)會(huì)加快表面水的吸附,而水分的積累也會(huì)直接或間接地增加表面污染物的吸附。最終,是水分與碳?xì)浠衔锏南嗷プ饔檬贡砻孀兊酶鼮槭杷�。在控制濕度的條件下,應(yīng)用AFM膠體探針技術(shù),測(cè)量表面微區(qū)粘附力并與宏觀潤濕性表征結(jié)果相聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)證明,濕度對(duì)接觸角影響不大,而對(duì)于微觀粘附力有巨大影響。在相對(duì)濕度大于30%的情況下,范德華力可以忽略,毛細(xì)力為影響表面潤濕性的主導(dǎo)因素。從微觀角度證明了新制石墨本征親水,而在空氣中放置會(huì)變得疏水的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了石墨烯表面“部分潤濕透明性”的理論。
【圖文】：

[29]（如圖 1-1）。圖1-1 表面張力與接觸角圖示：(a)疏水表面，θ為靜態(tài)接觸角（θ>90°）；(b)親水表面，θ為靜態(tài)接觸角(θ<90°)。楊氏接觸角是唯一的，是光滑、剛性、化學(xué)均質(zhì)、各向同性且無化學(xué)反應(yīng)的

[31]，而這兩個(gè)接觸角稱為動(dòng)態(tài)接觸角，測(cè)量方式如圖1-2。圖1-2 前進(jìn)角與后退角圖示：(a)水滴在一個(gè)垂直平面上，θA為前進(jìn)角，θR為后退角；(b)水平液滴收縮擴(kuò)張法獲得后退角與前進(jìn)角[32]。θA為前進(jìn)接觸角，定義為液固界面取代氣固界面后形成的接觸角；θR為后退接觸角，為固界面取代液固界面后形成的接觸角。一般地，前進(jìn)角會(huì)大于后退角，而前進(jìn)角與后退角的差值 Δθ，定義為接觸角滯后[33]。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，接觸角滯后扮演著重要的角色，如玻璃上水滴的下落，，窗簾和線纜涂層技術(shù)等，都與接觸滯后相關(guān)[34]。一般地
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱定一;張遠(yuǎn)超;戴品強(qiáng);羅曉斌;;潤濕性表征體系及液固界面張力計(jì)算的新方法(Ⅱ)[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2007年13期

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本文編號(hào)：2591993