超疏水氧化铁表面的水热制备及性能研究

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由于具有优异的表面性能,超疏水表面材料在基础理论研究、国防、工农业生产以及人们的日常生活中存在着广阔的应用前景,尤其在自清洁、液体分析、微流控液体传输等领域的应用前景巨大,故超疏水表面制备技术和性能等方面的研究成为了近年来人们关注的热点。与此同时,氧化铁材料由于其出色的电、光、磁以及催化性能也已成为材料研究与应用的热点,其中在室温下具有弱铁磁性的α-Fe2O3在气敏传感器、锂离子电池等新兴领域更是有着诱人的前景。因此,在多功能应用的需求驱使下,合成具有多级结构的超疏水性氧化铁,除了可以丰富超疏水材料和氧化铁的合成方法,还可为众多新兴的应用领域提供新颖的候选材料。再者,目前关于超疏水氧化铁材料的报道尚未多见,因此本文致力于超疏水氧化铁的制备过程和性能特点的研究。我们采用简单的水热方法制备出了具有超疏水性能的氧化铁纳米薄膜,本文的主要研究内容和结论如下:1.以铁氰化钾为原料,在纯铜、纯铝、玻璃片三种不同材料的基片上制备了三种不同表面形貌结构的超疏水氧化铁薄膜涂层,各涂层均具有微纳米二级阶层结构的粗糙表面和优异的超疏水性能。尤其是纯铜、纯铝金属基片上所得的氧化铁涂层表面,静态接触角高达161.6°,同时滚动角接近于1°。然而,涂层表面与基片的附着效果却不理想,各表面的润湿稳定性和机械稳定性能有待改进和提高。2.以水合氯化铁为铁源、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为改性剂,通过水热反应、热处理工艺和表面处理过程,在玻璃基片上成功制得了具有微纳二级阶层结构的超疏水氧化铁纳米棒薄膜,薄膜的接触角达到159.3°。通过研究水热反应时间与形貌的关系,探讨了氧化铁纳米棒的形成过程并提出五步生长机理,在这个机制里,PVP通过空间效应、静电力作用和氢键作用在棒状晶体生长过程中发挥了非常重要的表面调节效应。3.通过研究氧化铁纳米棒薄膜表面的水润湿性能,发现不同的水热反应时间所得到的纳米棒表面形貌各不相同,各种形貌的氧化铁表面对水的粘附力也存在着很大的差异。通过分析发现液固接触方式,即三相接触线的形貌,在接触角滞后现象和黏滞力作用中发挥了很大的作用。实验研究还表明所制备的超疏水氧化铁薄膜与基片之间具有很好的附着效果,且该薄膜表现出了良好的润湿稳定性和抗机械磨损性能。研究了氧化铁纳米棒粉体的磁性能,结果显示所制备的样品具有铁磁性,剩余磁化强度和矫顽力分别为0.062emu/g和1173.7Oe。
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