低黏附超疏水表面与高黏附超疏水表面的制备与研究

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受“荷叶效应”和“玫瑰花瓣效应”的启发,以“荷叶”为代表的低黏附超疏水表面和以“红玫瑰花瓣”为代表的高黏附超疏水表面吸引了许多研究人员的关注。由于这两种特殊浸润性表面在人们的日常生活以及工业生产中有着极其广泛的应用前景,越来越多的科研人员投身到纳米仿生超疏水领域的研究中。一般来说,固体表面的浸润性能是由固体表面的微观形貌以及表面化学组成共同决定。所以,我们可以通过在固体表面构建具有特殊微纳结构以及改变固体表面的化学组成,从而获得具有特殊浸润性的超疏水表面。本论文通过不同的构筑手段,分别获得具有低黏附性能的透明超疏水玻璃和高黏附性超疏水表面,主要工作内容如下:1.以炭黑薄膜为模板,将化学气相沉积法与退火技术相结合,实现炭黑模板的“完全复制”,从而制备出具备“荷叶效应”的透明超疏水玻璃。经过测试,该样品的接触角达到162°,滚动角为3°,表现出良好的低黏附超疏水性能。除此之外,在350nm-800nm波段,其透光率达到92%(普通玻璃透过率90%),具备一定的增透性能。同时,该样品还具有极好的耐酸碱性以及热稳定性。2.以炭黑薄膜为模板,用溶胶凝胶法将炭黑薄膜的孔隙进行扩充,获得一种不同于炭黑薄膜结构的微纳表面,经过进一步处理后,该表面对水的接触角达到160°,且当样品倾斜甚至翻转,水滴都不会滚落,表现出良好的高黏附超疏水性能。此外,样品还具有较好的耐酸碱性,能够应用于有腐蚀性液体的研究。结合上述制备的两种不同黏附性的超疏水表面,我们设计了一个简易的移液装置,成功实现了微量液滴由低黏附超疏水表面向高黏附超疏水表面的无损转移,从而证明超疏水表面在微量液滴转移方向巨大的可行性。
中文摘要第4-5页
abstract第5-6页
第一章 绪论第9-26页
    1.1 超疏水表面润湿性理论第9-13页
        1.1.1 接触角的定义与润湿性分类第9-10页
        1.1.2 润湿性理论解释第10-13页
    1.2 自然界中的超疏水现象第13-18页
        1.2.1 荷叶、水稻叶、蝴蝶翅膀第13-15页
        1.2.2 玫瑰花瓣、花生叶、壁虎的脚第15-18页
    1.3 仿生超疏水表面的制备方法第18-23页
        1.3.1 模板法(Template Methods)第18-19页
        1.3.2 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition Methods)第19-20页
        1.3.3 溶胶凝胶法(Sol-Gel Methods)第20-21页
        1.3.4 层层自组装法(Layer-by-Layer Methods)第21页
        1.3.5 静电纺丝法(Electrostatic spinning)第21-23页
        1.3.6 刻蚀法(Etching Methods)第23页
    1.4 仿生超疏水表面的应用前景及目前研究中主要存在的问题第23-25页
        1.4.1 低黏附超疏水表面的应用前景第24页
        1.4.2 高黏附超疏水表面的应用前景第24页
        1.4.3 目前研究中主要存在的问题第24-25页
    1.5 本课题主要研究内容及其意义第25-26页
第二章 透明超疏水玻璃的制备与研究第26-43页
    2.1 前言第26-27页
    2.2 实验部分第27-31页
        2.2.1 主要原料与试剂第27页
        2.2.2 主要仪器设备第27-28页
        2.2.3 透明超疏水玻璃的制备与研究第28-30页
        2.2.4 测试与表征第30-31页
    2.3 结果与分析第31-42页
        2.3.1 样品表面形貌以及其润湿性分析第31-33页
        2.3.2 化学气相沉积时间对样品形貌以及润湿性的影响第33-35页
        2.3.3 炭黑膜厚对润湿性及透光性的影响第35-37页
        2.3.4 透明超疏水玻璃的疏水性及增透性理论解释第37-39页
        2.3.5 样品漂水实验和水下银镜现象第39-40页
        2.3.6 耐酸碱性测试第40-41页
        2.3.7 热稳定性测试第41-42页
    2.4 本章小结第42-43页
第三章 高黏附超疏水表面的制备与研究第43-57页
    3.1 前言第43-44页
    3.2 实验部分第44-47页
        3.2.1 主要原料与试剂第44页
        3.2.2 主要仪器设备第44页
        3.2.3 高黏附超疏水表面的制备第44-46页
        3.2.4 测试与表征第46-47页
    3.3 结果与分析第47-56页
        3.3.1 样品表面形貌分析第47-48页
        3.3.2 浸涂次数对样品形貌及润湿性的影响第48-50页
        3.3.3 滚动角测试第50-51页
        3.3.4 高黏附性超疏水原理分析第51-52页
        3.3.5 耐酸碱性测试第52-53页
        3.3.6 不同基底所制备获得的样品第53-54页
        3.3.7 移液装置的设计与制作第54-56页
    3.4 本章小结第56-57页
第四章 总结与展望第57-60页
    4.1 总结第57-58页
    4.2 展望第58-60页
参考文献第60-66页
攻读硕士学位期间发表的论文第66-67页
致谢第67-68页
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