發(fā)布時(shí)間：2020-04-10 00:22

【摘要】：近年來,超疏水表面在理論研究及制備技術(shù)方面都取得了巨大的進(jìn)步。超疏水的玻璃表面可以減少灰塵及油漬的污染,提高其美觀性和實(shí)用性。但是涂層如何在不影響玻璃本身高透光性的同時(shí),具有良好的機(jī)械耐久性,一直是個(gè)亟待解決的問題。由于多孔玻璃表面的納米結(jié)構(gòu)和尺寸可通過工藝參數(shù)來調(diào)節(jié),并且本身具有良好的透光性和機(jī)械強(qiáng)度,因此很適用于制備超疏水透明表面。本文以68SiO_2-25B_2O_3-7Na_2O作為母體玻璃,研究了不同分相溫度、分相時(shí)間、酸處理工藝對玻璃表面納米結(jié)構(gòu)和性能的影響,并通過后續(xù)熱處理提高了表面的耐磨性。此外本文還研究了冷凝液滴彈跳對不同粒徑、不同數(shù)量、不同類型顆粒的去除情況。研究發(fā)現(xiàn)分相處理工藝決定了納米結(jié)構(gòu)形狀和孔徑大小。分相時(shí)間過長,分相溫度過高會導(dǎo)致分相過度,兩相二次互溶和表面二氧化硅富集,影響后續(xù)酸刻蝕和表面透光性;分相時(shí)間過短,分相溫度過低會導(dǎo)致分相不徹底,難以形成粗糙納米結(jié)構(gòu)。低溫分相時(shí)620℃分相12小時(shí)是較佳的分相工藝,獲得直徑在30到60 nm的顆粒狀粗糙結(jié)構(gòu),顆粒間隙在10到20nm;高溫分相時(shí)700℃分相2小時(shí)獲得網(wǎng)孔骨架狀的納米結(jié)構(gòu),骨架厚度在30到50 nm,網(wǎng)孔大小在100到200 nm。兩種最佳分相工藝下得到的玻璃都能獲得155°以上的水滴接觸角,并且不影響玻璃本身的透光率。通過對不同酸處理工藝的研究發(fā)現(xiàn),鹽酸處理容易使玻璃表面破碎,透光率嚴(yán)重下降,溶度為1.0 mol/L的鹽酸水浴95℃處理24小時(shí)后所得的表面水滴接觸角在141°左右;氫氟酸直接處理會產(chǎn)生微米級凹痕,雖然體積比2.5%的氫氟酸處理2到5分鐘后得到的表面水滴接觸角在150°以上,但是透光率損失明顯;通過先預(yù)處理,然后氫氟酸和硫酸(硝酸)混合處理的玻璃能達(dá)到155°以上水滴接觸角,同時(shí)具有良好的透光性,平均透光率在91-92%。酸處理后表面結(jié)構(gòu)脆弱,需要后續(xù)熱處理提高其表面耐磨性能。經(jīng)過700℃分相2小時(shí),然后酸處理的玻璃,在530℃熱處理6到12小時(shí)后耐磨性提高顯著。其超疏水表面在200 g載荷下,接觸面積為1 cm~2的橡皮摩擦50次后仍然有145°以上的水滴接觸角。透明超疏水多孔玻璃表面具有優(yōu)異的抗結(jié)露和水滴自彈跳性能。冷凝過程中,通過高速攝像機(jī)捕捉發(fā)現(xiàn)合并自彈跳和觸發(fā)彈跳兩種液滴彈跳方式,并且兩種方式都能夠帶走表面沉積的灰塵及顆粒。同時(shí)發(fā)現(xiàn)顆粒越小,數(shù)量越少,冷凝除塵效果越明顯。通過對比不同除塵方式,發(fā)現(xiàn)機(jī)械振動及風(fēng)力吹動只能除去較大的灰塵,而水滴滾動和冷凝液滴自彈跳可以將表面細(xì)小的灰塵完全除去。
【圖文】：

水性涂層在灰塵環(huán)境中的粘附和脫附過程，發(fā)現(xiàn)超疏水。S.Sutha[47]基于氧化鋁涂層在玻璃基底上制備了無定形同條件下測量了太陽能電池在有無涂層玻璃基板上的光高于無涂層的表面。層對透明玻璃防污防塵的意義重大，因此最有可能大規(guī)身的特殊性，將超疏水涂層在玻璃表面大規(guī)模使用,仍然存璃表面特性及研究現(xiàn)狀特性及原理固體表面潤濕性的重要指標(biāo)，接觸角越小表明固體表面示表面能被潤濕，為親液性表面；θ＞90°表示表面不能被示超疏液性表面，如圖 1-1 所示。

圖 1-2 楊氏模型示意圖，Young 氏方程不再適用，此時(shí)表觀接觸角與本并于 1936 年提出了 Wenzel 方程：cosθw=r (γsv-γsl)/γlv= rcosθ 觀接觸角，γ是粗糙因子，定義為固體表面的圖 1-3 Wenzel 模型示意圖
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.1

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本文編號：2621478