溶胶—凝胶法制备疏水SiO 2 薄膜

发布时间：2022-12-06 06:07

　　超疏水薄膜因其具有良好的自清洁等功能已经被广泛应用于生产和生活中,尤其在太阳能领域。但是原料成本、制备方法等诸多因素限制了超疏水薄膜的开发与使用,此外薄膜还存在高透过率与超疏水无法同时兼得的问题。本文以正硅酸四乙酯（TEOS）和三甲基乙氧基硅烷（TMES）为前驱体,通过酸性催化化学改性法、碱性催化化学改性法和溶胶混合法制备了多种SiO₂溶胶,再以高纯石英玻璃为衬底,利用浸渍提拉技术制备了多种SiO₂薄膜,最后对多种SiO₂薄膜的结构与性能进行了研究,并得到如下结论:（1）通过研究TMES添加量对酸性催化SiO₂薄膜结构与性能的影响,发现随着TMES添加量的增加,SiO₂中疏水基团Si-（CH₃）₃的特征峰强度增强而亲水基团Si-OH的特征峰强度减弱,薄膜表面粗糙度无明显规律变化且粗糙度值极低,薄膜的平均接触角从70.62°逐渐增加到101.53°且增速逐渐放缓,薄膜的平均透过率与衬底的平均透过率基本相当。（2）通过研究TMES添加量对... 

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 疏水表面的基础理论
        1.2.1 Young's方程与接触角
        1.2.2 Wenzel润湿模型
        1.2.3 Cassie-Baxter润湿模型
        1.2.4 薄膜减反射原理
        1.2.5 光散射现象
    1.3 疏水表面的基本制备原理
        1.3.1 降低材料表面能
        1.3.2 提高表面粗糙度
    1.4 疏水表面的制备方法
        1.4.1 溶胶-凝胶法
        1.4.2 静电纺丝法
        1.4.3 电化学沉积法
        1.4.4 化学刻蚀法
        1.4.5 模板法
    1.5 疏水表面的应用领域
        1.5.1 自清洁
        1.5.2 金属防腐
        1.5.3 油水分离
        1.5.4 防结冰
        1.5.5 减阻
    1.6 当前疏水薄膜存在的不足
    1.7 本课题的选题意义与研究内容
第二章 实验与表征方法
    2.1 引言
        2.1.1 溶胶-凝胶法制备纳米SiO_2的技术原理
        2.1.2 溶胶-凝胶法制备改性纳米SiO_2的技术原理
    2.2 实验材料与仪器设备
    2.3 实验步骤
        2.3.1 衬底的清洗
        2.3.2 薄膜的制备
    2.4 表征方法
        2.4.1 傅里叶变换红外光谱仪
        2.4.2 扫描电子显微镜
        2.4.3 原子力显微镜
        2.4.4 接触角测量仪
        2.4.5 紫外-可见-近红外分光光度计
第三章 酸性催化化学改性法制备SiO_2薄膜及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 TMES添加量对酸性催化SiO_2薄膜结构与性能的影响
        3.2.1 实验
        3.2.2 TMES添加量对酸性催化SiO_2粉末FTIR的影响
        3.2.3 TMES添加量对酸性催化SiO_2薄膜表面粗糙度的影响
        3.2.4 TMES添加量对酸性催化SiO_2薄膜接触角的影响
        3.2.5 TMES添加量对酸性催化SiO_2薄膜透过率的影响
    3.3 小结
第四章 碱性催化化学改性法制备SiO_2薄膜及其性能研究
    4.1 引言
    4.2 碱性催化SiO_2薄膜粒径的调控
        4.2.1 氨水添加量对纳米SiO_2粒径的影响
        4.2.2 水添加量对纳米SiO_2粒径的影响
        4.2.3 反应温度对纳米SiO_2粒径的影响
        4.2.4 小结
    4.3 TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜结构与性能的影响
        4.3.1 实验
        4.3.2 TMES添加量对碱性催化SiO_2粉末FTIR的影响
        4.3.3 TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜微观结构的影响
        4.3.4 TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜表面粗糙度的影响
        4.3.5 TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜接触角的影响
        4.3.6 TMES添加量对碱性催化SiO_2薄膜透过率的影响
        4.3.7 小结
    4.4 小结
第五章 溶胶混合法制备SiO_2薄膜及其性能研究
    5.1 引言
    5.2 溶胶混合比对混合SiO_2薄膜结构与性能的影响
        5.2.1 实验
        5.2.2 溶胶混合比对混合SiO_2薄膜微观结构的影响
        5.2.3 溶胶混合比对混合SiO_2薄膜表面粗糙度的影响
        5.2.4 溶胶混合比对混合SiO_2薄膜接触角的影响
        5.2.5 溶胶混合比对混合SiO_2薄膜透过率的影响
        5.2.6 小结
    5.3 TMES添加量对混合SiO_2薄膜结构与性能的影响
        5.3.1 实验
        5.3.2 TMES添加量对混合SiO_2薄膜微观结构的影响
        5.3.3 TMES添加量对混合SiO_2薄膜表面粗糙度的影响
        5.3.4 TMES添加量对混合SiO_2薄膜接触角的影响
        5.3.5 TMES添加量对混合SiO_2薄膜透过率的影响
        5.3.6 小结
    5.4 小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]溶胶-凝胶法制备HMDS/SiO2复合减反膜的疏水性和光学性能的研究（英文）[J]. 牛彦彦,姚兰芳,沈军,王晓栋.  稀有金属材料与工程. 2016(S1)
[2]酸和碱催化制备二氧化硅溶胶及其稳定性[J]. 沈峰,崔益华,金欣,陆婷,罗志毅,金嘉铭,陈三林.  化学研究. 2010(01)
[3]正硅酸乙酯的水解缩聚反应及多孔SiO2粉体的制备[J]. 隋学叶,刘世权,程新.  中国粉体技术. 2006(03)
[4]碱催化溶胶-凝胶二氧化硅薄膜的制备[J]. 曹福想,严坤,张科元.  南方金属. 2005(03)
[5]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷.  科技导报. 2005(02)
[6]气相法白炭黑的表面改性[J]. 杨海堃 ,孙亚君.  有机硅材料及应用. 1999(05)



本文编号：3711220