本文關(guān)鍵詞：金剛石基納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及浸潤(rùn)性質(zhì)研究

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【摘要】：近年來(lái)，疏水（油）親水（油）材料被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，例如生物制藥、飛行器、造船業(yè)、紡織業(yè)、能源（太陽(yáng)能）、電化學(xué)和微電化學(xué)等。金剛石（Diamond）具有已知材料硬度最高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱導(dǎo)率高、帶隙寬等多個(gè)優(yōu)異特性。金剛石的浸潤(rùn)性是其十分重要的一個(gè)特性，與金剛石晶體取向、表面能、表面氫（氧）終止等密切相關(guān)。金剛石浸潤(rùn)性研究對(duì)提升其實(shí)際應(yīng)用具有重要的價(jià)值，設(shè)計(jì)和制作新型金剛石基復(fù)合結(jié)構(gòu)并對(duì)其浸潤(rùn)性進(jìn)行調(diào)制，是當(dāng)前金剛石領(lǐng)域的重要研究課題。 本論文的主要內(nèi)容為：利用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法生長(zhǎng)金剛石膜，并在多晶金剛石膜上制備氧化鋅（ZnO）納米膜,在網(wǎng)狀襯底上制備納米CVD金剛石膜網(wǎng)（Diamond mesh）,及在金剛石膜網(wǎng)上合成硫化鎘（CdS）納米膜，并研究上述結(jié)構(gòu)的浸潤(rùn)等性能。具體研究結(jié)果如下： 1.以拋光和無(wú)拋光CVD金剛石膜為襯底，采用磁控濺射法，沉積ZnO納米膜，提高金剛石膜表面的浸潤(rùn)性。當(dāng)襯底為無(wú)拋光金剛石膜（接觸角93°），ZnO/Diamond復(fù)合結(jié)構(gòu)接觸角達(dá)到141°；而對(duì)于拋光金剛石膜（接觸角87°），ZnO/Diamond復(fù)合結(jié)構(gòu)接觸角為98°。實(shí)驗(yàn)證明接觸角的變化與金剛石表面（拋光和未拋光）及ZnO納米膜的粗糙度密切相關(guān)。整體粗糙度大，接觸角增大。水滴在ZnO/Diamond體系上放置24小時(shí)，接觸角度從141°下降到34°；經(jīng)在烘箱恒溫高溫（95℃）處理后，接觸角恢復(fù)到141°，說明體系的疏水與親水性質(zhì)是可轉(zhuǎn)換的。 2.利用CVD法，以銅網(wǎng)為襯底生長(zhǎng)晶粒尺寸為納米級(jí)的金剛石膜，獲得了超疏水（接觸角大于150°）和超親油（接觸角~0°）的金剛石膜網(wǎng)，超疏水性對(duì)pH=1-14的水滴都可實(shí)現(xiàn)。該浸潤(rùn)性特點(diǎn)是由金剛石網(wǎng)微納米結(jié)構(gòu)、微孔毛細(xì)作用力、金剛石表面氫終止共同決定的。通過對(duì)金剛石膜網(wǎng)在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿溶液中多次浸泡處理，金剛石膜網(wǎng)的超疏水性保持了很好的穩(wěn)定性。金剛石膜網(wǎng)孔徑從50μm增加到150μm時(shí)，仍有穩(wěn)定的超疏水性，除該體系微納米及多孔結(jié)構(gòu)的原因，還可歸因于金剛石膜網(wǎng)表面超硬的特性，比傳統(tǒng)材料更能夠承受水滴的重量。 3.實(shí)驗(yàn)證明金剛石膜網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高效的油水分離，并具有很好的可清潔性和重復(fù)性。通過在有氧氣氛中高溫?zé)崽幚恚瑲浣K止表面的金剛石膜網(wǎng)可轉(zhuǎn)變?yōu)檠踅K止表面，超疏水變?yōu)橛H水性；將氧化表面在氫等離子體中處理，金剛石網(wǎng)轉(zhuǎn)化為氫終止，其超疏水性可以恢復(fù)，這樣我們實(shí)現(xiàn)了在同一結(jié)構(gòu)上超疏水-親水轉(zhuǎn)換。利用所獲得的超疏水和親水的金剛石膜網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了微小液滴的轉(zhuǎn)移�？紤]到金剛石的化學(xué)穩(wěn)定性，可以拓展到對(duì)pH=1-14的所有液滴進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 4.利用熱燈絲CVD方法制備硼摻雜p型金剛石膜網(wǎng)；通過連續(xù)離子吸附反應(yīng)法，在p型金剛石上生長(zhǎng)n型CdS納米膜制備了CdS/diamond mesh復(fù)合結(jié)構(gòu)。硼摻雜金剛石膜網(wǎng)具有低親水性質(zhì)（接觸角為87o），而CdS/diamond mesh的接觸角提高到107o，變?yōu)槭杷�。n-CdS/p-diamond mesh異質(zhì)結(jié)用于亞甲基藍(lán)溶液的脫色反應(yīng)，證明其具有較好的光催化性能。 綜上所述，我們研究了CVD金剛石膜表面粗糙度、ZnO膜沉積對(duì)提高金剛石膜疏水性的影響；制備了微納結(jié)構(gòu)的金剛石膜網(wǎng)，獲得了超疏水-超親油性質(zhì)，可用于高效油水分離，并且在強(qiáng)酸強(qiáng)堿中均具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。通過表面氧或氫終止的控制，可以對(duì)其親水性及超疏性進(jìn)行調(diào)制。獲得了親水的硼摻雜p型金剛石膜網(wǎng)，在其上生長(zhǎng)n型CdS納米膜,提高了其疏水性，所制備的異質(zhì)結(jié)具有較好的光催化特性。本論文所論述的金剛石基新型復(fù)合結(jié)構(gòu)及其浸潤(rùn)性相關(guān)的優(yōu)異性質(zhì)，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值，可能發(fā)現(xiàn)更多的新現(xiàn)象和工作機(jī)制，有望開發(fā)出具有特殊功能的金剛石相關(guān)的新型多功能器件。
【關(guān)鍵詞】：CVD金剛石 浸潤(rùn)性 金剛石膜網(wǎng) 復(fù)合結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O484.1
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-32
• 1.1 引言11-12
• 1.2 金剛石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用12-14
• 1.2.1 金剛石的晶體結(jié)構(gòu)12
• 1.2.2 金剛石的性質(zhì)12-14
• 1.3 固體表面浸潤(rùn)性的基本理論14-17
• 1.3.1 簡(jiǎn)介14-15
• 1.3.2 浸潤(rùn)性、自清潔以及穩(wěn)定性概念15-17
• 1.4 浸潤(rùn)性質(zhì)表面的應(yīng)用17-21
• 1.4.1 防凍表面17-18
• 1.4.2 防腐蝕表面18
• 1.4.3 紡織涂層18
• 1.4.4 油水分離18-21
• 1.5 金剛石浸潤(rùn)性的研究進(jìn)展21-25
• 1.6 本文的選題背景和研究?jī)?nèi)容25-26
• 參考文獻(xiàn)26-32
• 第二章 CVD 金剛石襯底上制備 ZnO 納米膜及浸潤(rùn)性質(zhì)研究32-45
• 2.1 引言32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備32-34
• 2.2.1 石英管式微波等離子體化學(xué)氣相沉積（MPCVD）裝置32-34
• 2.2.2 射頻磁控濺射設(shè)備34
• 2.3 實(shí)驗(yàn)過程34-36
• 2.3.1 CVD 金剛石薄膜的制備及處理34-35
• 2.3.2 ZnO 薄膜的制備35-36
• 2.4 樣品表征和性能測(cè)量?jī)x器36
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析36-42
• 2.5.1 未拋光和拋光金剛石膜及沉積 ZnO 納米膜的形貌和結(jié)構(gòu)36-38
• 2.5.2 拋光和未拋光金剛石膜及 ZnO/金剛石復(fù)合結(jié)構(gòu)的疏水性38-39
• 2.5.3 不同 ZnO 厚度對(duì)金剛石疏水性的影響39-41
• 2.5.4 固體表面粗糙度和“氣墊”對(duì)疏水性影響的機(jī)制41-42
• 2.6 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻(xiàn)43-45
• 第三章 金剛石膜網(wǎng)的制備及浸潤(rùn)性質(zhì)45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 金剛石膜網(wǎng)的制備45-46
• 3.3 樣品表征46
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析46-52
• 3.4.1 金剛石膜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、形貌分析46-47
• 3.4.2 金剛石膜網(wǎng)對(duì)水（pH=1-14）和油的浸潤(rùn)性47-50
• 3.4.3 影響金剛石膜網(wǎng)疏水性的因素50-52
• 3.5 金剛石膜網(wǎng)油水分離52-53
• 3.6 金剛石膜網(wǎng)超疏水和親水的轉(zhuǎn)換53-54
• 3.7 金剛石膜網(wǎng)轉(zhuǎn)移液滴54-55
• 3.8 本章小結(jié)55-56
• 參考文獻(xiàn)56-59
• 第四章 n-CdS/p-diamond mesh 復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備、浸潤(rùn)性及光催化性質(zhì)研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 ．硼摻雜金剛石膜網(wǎng)的制備59-60
• 4.3 p-型金剛石膜網(wǎng)上 CdS 納米膜的制備60-61
• 4.4 樣品的浸潤(rùn)性及光催化測(cè)量61
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析61-64
• 4.5.1 n-CdS/p-diamond mesh 結(jié)構(gòu)和形貌61-62
• 4.5.2 n-CdS/p-diamond mesh 浸潤(rùn)性62-63
• 4.5.3 n-CdS/p-diamond mesh 光降解性質(zhì)63-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-71
• 作者簡(jiǎn)歷及科研成果71-73
• 致謝73-74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 郭西緬,王嵐;Fe刻蝕金剛石的研究[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);1997年02期

2 顧長(zhǎng)志,金曾孫;金剛石膜的性質(zhì)、應(yīng)用及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J];功能材料;1997年03期

3 周莉;臧樹良;胡秀英;;納米氧化鋅的表面改性研究[J];石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào);2009年02期

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本文編號(hào)：966797