无机超疏水纳米结构的制备及在油水分离中的应用研究

微-纳米粗糙结构以其特殊的浸润性能（如超疏水性）在自清洁、生物医学、微流体输送、防腐蚀以及新型减阻材料等领域有着巨大的应用价值,因而引起人们广泛的关注。固体表面的润湿性取决于其表面微结构与表面自由能。因此,本文从控制材料的表面形貌和表面自由能入手,采用三种制备方法构筑了四种不同的微-纳米结构,同时调节表面自由能,实现了对表面润湿性的调控。主要内容如下:1.利用温和的两步溶液法（﹤100℃）以ZnO纳米阵列作为修饰材料实现了对织锦缎、创可贴以及金属网表面的润湿性调控。测试结果表明,经ZnO纳米棒阵列修饰后的基底表面具有超疏水性,与水滴的接触角大于150°,滚动角为6°;同时,还制备出了ZnO纳米针状结构,经研究分析,由于固-液接触面积减小,粗糙度提高,这种结构具有更好的疏水性能,静态接触角达到163°。2.在溶液置换法制备银微-纳米结构的基础上,发展了一种稳定的具有较低浓度的银离子制备超疏水表面的方法。实验结果表明,改性后的表面具有超疏水性能,静态接触角可达到163°,并且与水滴的粘附力很低;超疏水膜经过pH=312的溶液腐蚀后,接触角仍可达到157°;在油水分离系统中作为过滤膜使用,分离速度快,一次分离率达到90%,具有实际应用价值。3.通过氧化法在基底黄铜和紫铜网上分别制备出了CuO纳米片、Cu（OH）2纳米针。经改性后的表面具有高的粗糙度,固-液接触面积减小,静态接触角大于150°,尤其是Cu（OH）2纳米针修饰紫铜表面与水的接触角可达167°,水滴与表面的黏附力极低。同时,纳米结构与基底具有较强的结合力,液滴和气体均可通过网孔,预计其在油水分离方面具有广阔的应用前景。