【摘要】：超疏水、超疏油材料由于其特殊的浸潤(rùn)特性,具有良好的抗菌、自清潔、防水以及防油性能,從而被廣泛應(yīng)用于金屬表面防污、油液運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)。本文根據(jù)自然界生物超疏水的表面效應(yīng),通過化學(xué)沉積技術(shù)以及表面修飾技術(shù)制備了具有荷葉效應(yīng)的涂層。在論文中分別用二水合鎢酸鈉以及鎢粉為鎢源制備了顆粒大小不同的氧化鎢涂層,研究了沉積工藝對(duì)表面疏水、疏油性能的影響,并且分析不同液滴撞擊超疏水、超疏油表面的能量損失差異。研究了提高超疏水、超疏油材料表面的穩(wěn)定性的方法。并將這種方法成功嫁接到氧化鎢涂層表面,提高了氧化鎢涂層的表面穩(wěn)定性能。以二水合鎢酸鈉為鎢源成功制備了具有微-納米突起以及多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)的氧化鎢涂層。這種涂層經(jīng)過FAS-17的修飾,達(dá)到了超疏水、超疏油的效果。其中水、甘油、菜籽油、機(jī)油的接觸角均超過150°,滾動(dòng)角均小于10°。通過掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)觀察可知,沉積時(shí)間僅僅影響突起結(jié)構(gòu)的大小,而對(duì)單個(gè)納米顆粒大小不會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)這種涂層具有熱致變色效應(yīng),實(shí)驗(yàn)中通過改變處理溫度,成功得到了不同顏色的藍(lán)色、淺綠色以及棕黃色氧化鎢涂層。通過甘油、菜籽油以及機(jī)油測(cè)試發(fā)現(xiàn),這種涂層具有很好的抗油污染能力,實(shí)現(xiàn)了抗油污易清洗的功能。同時(shí),這種涂層克服了超疏水、超疏油材料表面穩(wěn)定性差的現(xiàn)象。以鎢粉為鎢源制備的納米氧化鎢涂層具有光致變色性能。為了進(jìn)一步研究不同液滴的潤(rùn)濕性能,通過理論計(jì)算的方法成功解釋了不同液滴在超雙疏表面彈跳特性,發(fā)現(xiàn)液滴粘度越大,撞擊表面的粘性耗散功越大。實(shí)驗(yàn)中研究提高超疏水、超疏油材料表面穩(wěn)定性普適性的方法。通過二氧化鈦溶膠提高了氧化銅涂層的表面穩(wěn)定性,并且成功將這種方法嫁接到氧化鎢涂層上面,極大的提高了氧化鎢涂層的整體性能。綜上所述,本課題通過化學(xué)沉積方法成功制備了超疏水、超疏油的金屬涂層,并且研究了不同液滴在超疏水、超疏油表面的潤(rùn)濕特性。通過實(shí)驗(yàn)開發(fā)一種具有普適性提高超疏水、超疏油材料表面穩(wěn)定性的方法。
【圖文】：

1 緒論它們的表面并不是平坦的，而是由許許多多微米或納米尺度的微結(jié)構(gòu)排列而成，因此這些表面具有非常高的粗糙度。假設(shè)將一滴液體滴在固體材料的表面，液滴一般不會(huì)完全鋪展開，而是會(huì)成類球形，與固體表面形成一定的角度，即所謂的接觸角 (CA)[54]，通常以 θ 表示。接觸角更加具體的定義是：在固-液-氣三相交點(diǎn)處做氣-液界面的切線此切線與固-液交界線之間的夾角即為接觸角，如圖 1-1。由于接觸角更加直觀，也比較容易測(cè)量，因此通常用接觸角來表征液體對(duì)固體材料的浸潤(rùn)程度。在理想固體表面（組分均勻、光滑、無(wú)形變，各向同性），接觸角可以用 Young’s 方程來表征[55]，即： = cos (1-1)方程 1-1 即為界面科學(xué)中經(jīng)典的 Young’s 方程，該方程是潤(rùn)濕性研究的理論基礎(chǔ)。式中，θ為材料理想光滑表面的接觸角，即本征接觸角，由材料的化學(xué)組成決定的。 、 、 分別為固-氣、固-液、氣-液界面的界面張力，θ越小，潤(rùn)濕性越好。

圖 1-2 Wenzel 模型和 Cassie 模型Fig.1-2 Wenzel modle and Cassie modleCassie 和 Baxter 研究了自然界中大量疏水植物發(fā)現(xiàn)，對(duì) Young's 方程進(jìn)進(jìn)一步的修正[57]。Cassie 模型認(rèn)為，液體與固體粗糙表面接觸時(shí)并不是單固液界面，而是三相復(fù)合界面。當(dāng)固體表面粗糙度增加到一定值時(shí)，固體表凹陷處并不能被填滿，這種情況下液體與粗糙表面的接觸就變?yōu)橐?固/液-氣復(fù)合接觸，如圖 1-2 所示。研究證明，這種模型更加復(fù)合實(shí)際情況。Cassie實(shí)際接觸角為[56]：cos = f1cos 1f2cos 2(式中， 為固體粗糙表面的實(shí)際接觸角，，f1、f2分別為復(fù)合接觸面中液-固面所占的面積分?jǐn)?shù)和液-氣接觸面所占的面積分?jǐn)?shù)，f1= 1 f2。 1、θ2分別體與固體表面的本征接觸角和液體與空氣的本征接觸角。由于液體在空氣中觸角為 180°，因此式 1-3 可以改寫為：cos = f1（cos 11） (
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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1 田菲菲;胡安民;李明;毛大立;;電化學(xué)沉積法制備超疏水鎳薄膜[J];復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年02期

2 徐文驥;宋金龍;孫晶;竇慶樂;;金屬基體超疏水表面制備及應(yīng)用的研究進(jìn)展[J];材料工程;2011年05期

3 郭志光;周峰;劉維民;;溶膠凝膠法制備仿生超疏水性薄膜[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2006年08期

本文編號(hào)：2676942