纳米氧化锌薄膜制备及其浸润性调控研究

发布时间：2020-03-18 06:20

【摘要】：浸润性作为固体表面一个非常重要的物理性质,对生产生活各个方面有着重要影响。材料表面浸润性的影响因素大致可分为材料表面化学组成和表面微观结构两个方面,而围绕浸润性的调控研究大多局限在单一改变材料表面的化学组成或者控制材料表面的粗糙程度,如何利用二者协同配合实现对浸润性的调控,是一个值得重点研究的课题。另外,材料表面浸润性除了受自身因素影响外与外界环境的复杂程度也是密不可分,由于固体在空气中润湿现象被发现的较早、润湿机理较为简单,开展的研究也相对较多,而固体在复杂环境中由于不同相作用较为复杂,使得浸润调控过程相比在空气中要困难的多,因此在复杂环境有关浸润性调控研究相对较少。如何实现材料在复杂环境对浸润性的智能调控也是目前浸润性领域一个热点问题。本文的第一部分我们先利用溶胶凝胶法与水热法相结合的方式制备出具有单一晶型且形貌规整的纳米氧化锌阵列膜,利用纳米ZnO的光致亲水特性以及暗藏回复过程,实现了在简单以及复杂环境中对浸润性的可逆调控。实验结果显示,在空气环境中,将制备的纳米氧化锌阵列膜在黑暗环境中放置7天其表面可以达到150°的超疏水浸润状态,经210 min紫外光照后发现表面羟基基团和水含量增加,同时表面呈现出超亲水浸润性状态,暗藏后仍能保持超疏水性的回复。随后用相同的方法在油相中也实现了浸润性从超疏水到超亲水的可逆调控。本文的第二部分利用模板法制备出具有微纳米结构的纳米氧化锌复合膜,重点研究了材料表面微结构的动态变化以及外界条件改变对浸润性的影响,以及将二者结合起来实现对多种浸润状态的可逆调控。实验选用E-51型环氧树脂与纳米ZnO复合的方式制备出表面具有微米级阵列的复合膜,利用纳米ZnO的光致亲水特性、暗藏及加热回复过程实现了浸润性从超疏水到超亲水的可逆调控。在分析微结构动态变化时,研究了外力作用微结构发生不同程度形变浸润性的变化情况,利用表面微结构的改变实现了表面从超疏水到疏水的可逆调控,当复合膜表面结构发生倒伏时通过施加紫外光照和暗藏回复实现了浸润性从疏水到亲水的可逆变化,最终实现了多种浸润状态的可逆转换。
【图文】：

氧化锌晶体,结构示意图,原子

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文图1-1 氧化锌晶体结构示意图[20](a)岩盐矿结构；(b)闪锌矿结构；(c)纤锌矿结构其中氧化锌纳米线、纳米薄膜一般指的是具有六方纤锌矿结构的纳米氧化锌材料，该材料具有很好的热稳定性以及非常优异的压电、光电等性能。如图1-2 所示，纤锌矿结构氧化锌具有 ZnO4锌氧四面体结构单元，锌氧四面体中每个 Zn 原子与 4 个 O 原子按照四面体结构在空间排列，O 原子属六方紧密堆积结构，Zn 原子相应的会填充在相邻 O 原子所构成的四面体的 1/2 位置处，进而形成正极面（Zn 原子）和负极面（O 原子），所构成的（001）面的表面能最小

纤锌矿,氧化锌,结构示意图

形成正极面（Zn 原子）和负极面（O 原子），，所构成的（001）面的表面能最小，在 c 轴具有很强的极性。图1-2 纤锌矿氧化锌结构示意图[20]1.2.2 氧化锌合成制备方法目前氧化锌纳米结构已经可以通过多种技术手段合成出来，如湿法化学方法[26, 27]、物理气相沉积[28]、金属有机化学气相沉积（MOCVD）[29]、分子束外延（MBE）[29]、脉冲激光沉积[30]、溅射[31]、通量法[32]、静电纺丝[33]、或者自上而下的蚀刻方法[34]。在这些技术中，物理气相沉积和熔剂法通常需要高温条件，可以容易地将催化剂或杂质掺入到氧化锌纳米结构中。金属有机化学气相沉积和分子束外延合成技术虽然可以产生高质量的氧化锌纳米线阵列，但通常3
【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】：2018
【分类号】：TQ132.41;TB383.2

【参考文献】