仿生超疏水纳米材料的制备及性能研究

论文摘要

近几年来,与水的接触角大于1500的超疏水表面引起了极大的关注,因为它在自清洁材料、微流体装置以及生物材料等许多领域中有着极其重要的应用前景。例如,超疏水材料可以应用在船舶的外壳、燃料储备箱上,可以实现防腐、减少摩擦、防止污染等效果。由于超疏水材料具有的广阔的应用和研究前景,人们利用各种方法来制备这种材料。在本论文中,我们报道了两种简单方便的超疏水表面制备技术,在铝和聚丙烯基体上成功的制得了超疏水表面。(1)通过一步溶液浸泡法制备出具有复合结构铝表面。对铝表面用扫描电子显微镜和接触角测量仪分析检测。结果显示,粗糙铝表面没有通过任何额外修饰,接触角由平滑表面的67°升高到158°,同时滚动角低于5°。本文讨论了反应机理,经红外光谱分析得知铝表面形成了疏水性十四酸铝。实验发现十四酸溶液中混合溶剂(乙醇和水)的比例对超疏水表面的形成起着关键性的作用。缺乏任何一种溶剂都不能制备出超疏水表面。(2)采用模板压印法制备了聚丙烯(PP)纳米阵列,纳米阵列接触角达到152°。实验证明由于聚丙烯(PP)纳米阵列存在了大量的空气导致了聚丙烯具有超疏水性。这种简单的模板压印法能够非常容易的用在其他高分子比如聚乙烯,聚丙烯,聚碳酸酯等等来制备超疏水材料。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 自然界的超疏水现象
• 1.2 超疏水的理论基础
• 1.2.1 静态接触角
• 1.2.2 Wenzel 模型
• 1.2.3 Cassie 模型
• 1.2.4 Wenzel 状态与Cassie 状态之间的关系
• 1.2.5 接触角滞后
• 1.2.6 滚动角
• 1.3 超疏水表面的制备技术
• 1.3.1 熔化-固化法
• 1.3.2 等离子体处理法
• 1.3.3 模板法
• 1.3.4 电纺丝法
• 1.3.5 一步浸泡法
• 1.3.6 腐蚀法
• 1.3.7 气相沉积法
• 1.3.8 溶剂—非溶剂法
• 1.3.9 微机械加工法
• 1.4 超疏水表面技术存在问题、发展趋势及应用前景
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 发展趋势
• 1.4.3 应用前景
• 1.5 本论文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 超疏水铝表面的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 超疏水铝表面的制备
• 2.2.3 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 三种溶液体系中铝片表面形貌
• 2.3.2 超疏水铝表面的浸润性
• 2.3.3 反应机理分析
• 2.3.4 影响超疏水铝表面生长和浸润性的因素
• 2.3.5 铝表面疏水性的形成分析
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 超疏水高分子纳米结构的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 AAO 模板的制备
• 3.2.3 高分子模板的制备
• 3.2.4 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氧化铝及压印的高分子表面形貌
• 3.3.2 聚合物表面的浸润性
• 3.3.3 模板压印法的优缺点
• 3.3.4 超疏水效果的理论分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 在读期间发表论文目录
• 致谢