以电沉积π-共轭聚合物薄膜为基础的可控粘附表面的制备及其应用

发布时间：2018-02-28 06:32

  本文关键词： π-共轭聚合物 电化学聚合 超疏水表面 可控粘附表面　出处：《上海交通大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：任何材料在使用过程中,都不可避免地与周围环境相接触,在材料的表面或界面处经常会发生粘附其它材料或物质的现象。有些界面粘附现象可以被利用,但有些界面粘附现象却给我们的生产和生活带来不便,甚至是危害,需要我们采取措施进行预防、抑制或消除,如覆冰现象等。现代研究表明,材料表面或界面的粘附特性与其表面的微纳米结构、化学组成、粘附物质以及外界环境密切相关。为了实现对材料表面粘附性能的调控,充分利用表面粘附现象,并抑制危害性粘附,制备具有可控粘附性能的新型功能材料近年来吸引了许多科研工作者的强烈兴趣。来自天然动植物的自清洁、抗粘附表面的灵感,人们通过结合微纳米的多级粗糙结构以及特殊表面材料已经成功制备出了大量的人工可控粘附,抗粘附界面材料。这类表面在自清洁涂层、抗污染或抗生物污染涂层、防覆冰涂层、减阻、微流控制、油水分离、生物工程等领域显示了巨大的潜在应用。随着科技的进步,应用需求的多样性,人工制备的可控粘附表面向着多功能化,智能化方向发展。然而,这些依赖于特殊的粗糙结构以及表面化学成分的涂层在制备时表现出了工艺的复杂性,耗时,以及高成本等特点,而且涂层弱的机械稳定性以及差的可复制性等特点限制了其实践应用。尤其是当前人们强烈关注的智能可控粘附表面的发展,一直受到各方面的阻碍,如材料的选择与应用,复杂的组装过程,润湿状态转换周期长,刺激条件苛刻等特点。因此,发展性能稳定的、复合功能的、粘附可控的人工仿生表面已成为必然的发展趋势。在本文中,我们从电化学聚合方法得到的π-共轭聚合物薄膜入手来研究可控粘附表面,提出了双层电化学沉积方法,以及牺牲电沉积π-共轭聚合物薄膜模板策略,制备了电化学响应的可逆转换的粘附表面、多功能复合自清洁表面以及可调控细胞粘附的表面。本文的创新和主要研究内容包括:1.提出了双层电化学沉积π-共轭聚合物薄膜的方法,制备了表面形貌结构可控、表面化学成分可调的超疏水S-PTHF薄膜。研究发现,制备的多孔S-PTHF薄膜在电势作用下,可以实现可逆的掺杂和脱掺杂。水滴在掺杂态和去掺杂态薄膜表面上表现出了不同的粘附状态。通过控制掺杂和脱掺杂电位,可实现水滴粘附在滚动和粘滞态之间可逆转换。2.通过调节上层聚噻吩烷基侧链的长度,应用双层电化学聚合方法成功地制备了在超疏水和超亲水之间润湿性可逆转换的电响应性多孔聚噻吩薄膜PEDOT-(3-MTH)。在去掺杂状态,薄膜处于超疏水状态,其WCA150°;而在掺杂状态,薄膜处于超亲水状态,其WCA~0°。3.应用牺牲电沉积π-聚合物薄膜模板策略来原位制备透明的、热和机械稳定的、超疏水Si O2涂层。电化学沉积在氧化铟锡(ITO)电极上的PEDOT薄膜拥有高度多孔的纳米级的网络状结构。以这种聚合物纳米结构为模板进行化学气相沉积(CVD)Si O2涂层。高温退火除去PEDOT,并氟化后,涂层显示了168.0°±1°的静态水接触角和2°的低的滚动角。研究发现,制备的多孔纳米硅涂层拥有大约92.8%的高透明性、能经受高达400°C的耐高温特性、可经受高达650 k Pa的耐水压特性,甚至可抗砂粒磨损。4.通过电化学聚合,获得了大面积具有花瓣状的超疏水聚芘薄膜,并展示了强的激基缔合物荧光发射特性。通过CVD方法进一步在聚芘薄膜上涂覆一层二氧化硅涂层。氟化后,所得到的FPSH薄膜不仅表现为自洁的超疏水表面(静态的水的接触角为163°±1°,滚动角为4°±1°),而且还理想地继承了聚芘薄膜的优良的蓝绿色荧光性质。5.制备了水滴粘附可控的SSPTH薄膜。SSPTH薄膜在不同水滴粘附状态下显示了不同细胞吸附特性。在低粘附的SSPTH薄膜(去掺杂态)的表面上不利于细胞的粘附,而高粘附的SSPTH薄膜(掺杂)表面可粘附Hela细胞。
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【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O633.5;TB306
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本文编号：1546162