超疏水表面的制备、结构与性能研究

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人们从自然界中荷叶出淤泥而不沾水、水黾可在水上行走等现象中发现某些动植物表面具有超疏水效应,这种效应如果应用到生活和生产中,将会使人工超疏水表面具有自清洁性、防腐蚀性、防结冰性、流动减阻性等,有广泛应用前景。通过对疏水表面的形态结构与化学组成研究,人们对超疏水表面结构与性能关系有了一定的了解,但人工仿制超疏水表面满足实用要求并非易事,本文通过在基材表面同时进行表面粗糙结构构筑和低表面能物质修饰、或者先构筑粗糙表面再修饰低表面能物质、或者直接在低表面能物质表面构筑粗糙结构的方法,制备不同的超疏水表面,并对所得的超疏水表面结构与性能进行探讨,主要研究内容如下:1.探讨利用重氮盐反应将疏水基团引入表面修饰材料中,达到表面超疏水特性。如利用间三氟甲基苯四氟硼酸重氮盐溶液与锌片进行自发反应,一步溶液浸泡法直接在锌基底上构筑出超疏水表面,该表面与水的接触角达到160.3°,滚动角小于1°,试样置于空气环境中18个月后表面依然具有157.7°的高接触角、小于4°的滚动角及出色的自清洁性。2.探讨化学置换沉积和表面修饰物自组装相结合,在材料表面制备超疏水层的途径。如利用硫酸铜溶液与锌片反应得到具有特定的粗糙结构基底表面,再自组装十八烷基硫醇,制备出接触角157.9°、滚动角小于2°的超疏水表面。改变硫酸铜溶液的浓度和反应时间,在锌片表面构筑出了具有不同粗糙度的微观结构表面,SEM及元素分析结果表明表面的超疏水性质是由其特殊的表面形貌与化学物质组成共同决定的。3.以多孔材料如纸张或织物作为模板,利用室温硫化或高温硫化,将低表面能的硅橡胶在模板上复型,将模板剥离后可在硅橡胶表面形成特定的粗糙结构,研究了表面粗糙结构与超疏水性能之间的关系,发现室温硫化硅橡胶表面具有微纳分级粗糙结构,粗糙表面具有超疏水和自清洁特性,而高温硫化硅橡胶表面只有微米粗糙结构,粗糙表面只有疏水特性。
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