有机硅超疏水膜层的构建及性能研究

发布时间：2019-08-19 09:59

【摘要】：超疏水表面因其特殊的润湿性质,在自清洁、防覆冰、防腐蚀、油水分离等领域均有广阔的应用前景。超疏水性能是高粗糙度和低表面能两个因素共同作用的结果,因此构建粗糙结构和降低表面能成为制备超疏水表面的关键。本课题制备了有机硅超疏水膜层,相比有机氟材料,有机硅材料既保证了低表面能,又经济环保,是最具应用前景的超疏水原料。实验依次使用有机硅材料改性了气相白炭黑、硅气凝胶及修饰了铝合金,制备了三种超疏水表面,调控表面粗糙度和组分确定了最佳工艺,提高了超疏水表面的稳定性。1)改性气相白炭黑:有机硅材料选用端羟基聚二甲基硅油(PDMS(OH)),在玻璃基底上制备超疏水膜层:发现添加20%改性剂、反应48 h、pH=4,浸渍涂膜10次时,表面的疏水性能最佳。使用能量色散光谱仪(EDS)分析,傅里叶红外光谱分析测试(FTIR)确定表面基团,使用热重分析了膜层复合物的热稳定性;使用耐磨测试,透光测试证明该种超疏水膜层透光性高,但机械稳定性较差。2)改性硅气凝胶:使用PDMS(OH)处理粉体,以玻璃为基底上制备超疏水膜层:发现以Na2Si O3和六甲基二硅氮烷制备的Ⅰ号硅气凝胶粉体为原料,其超疏水性最佳;进而结合电子封装硅胶作为膜层和基底之间的“界面胶”,显著提高了超疏水膜层的机械稳定性和热稳定性。既保证了膜层的疏水性,且解决了常见超疏水膜层附着力差和机械强度低的问题。并结合FTIR及膜层微观形貌,明确了PDMS(OH)的作用。3)修饰铝合金:以刻蚀剂盐酸和缓蚀剂十六烷基溴化铵(CTAB)刻蚀铝合金,得到高粗糙度的表面结构;以辛基三乙氧基硅烷为表面修饰剂,在铝合金上制备了超疏水表面:发现刻蚀时间为30 min,刻蚀剂浓度为3 mol/L,修饰时间为24 h疏水性能最佳。使用耐磨性测试表明该表面具有良好的机械稳定性。使用X射线光电子能谱分析(XPS)测试表征了表面组分。
【图文】：

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第一章绪论1.1 前言大自然界有很多超疏水的实例，例如荷花的“出淤泥而不染，濯清涟而妖”[1]，昆虫水黾可以在水上行走，鸟类羽毛不会被雨水沾湿等等。这些自然的超疏水现象被称为“荷叶现象”，在现代的科学界引起了广泛的关注。

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图 1-2 a) Wenzel 模型， b) Cassie-Baxter 模型度 r=实际面积/投影面积，因此，，在 Wenzel 方程中，界表达：cos = ( ) = cos -2 中，θ 称为本征接触角，θw 称为表观接触角。el 模型中，表面粗糙度既可以促进亲水性也可以增加界表面物质的化学性质。Wenzel 方程说明了均相粗糙表面触角的关系，但固体表面为非均相粗糙表面时，Wenze，Cassie，Baxter 对 Wenzel 的工作进行了拓展和改进[1将实际中粗糙不均勾的固体表面看成一个固体和气体的表面的接触定义为复合接触。假定复合表面由两种组分组分 2，这两种不同组分的表面是用极小块的方式均匀滴对于组分 1, 2 的本征接触角分别为 θ1和 θ2，组分 1, 2分别为 f1和 f2，f1+f2=1,此时，方程转变为:
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB306

【参考文献】