液滴糖度对超疏水表面润湿性能影响规律的研究
发布时间：2021-08-29 12:27
超疏水现象存在于很多常见生物表面,其往往具有很多特殊性能,例如自清洁,液体微流动等。近年来,通过仿生学原理成功制备出具有特定生物功能的材料表面是国际界面材料研究的热点与前沿领域。糖尿病是一种慢性代谢性疾病,成为威胁人类健康与降低人类寿命的常见疾病。目前,糖尿病人常用的血糖检测方法是针刺法与试纸检测,这种测试方法需要患者频繁刺破皮肤获取血液,对患者的身心造成一定负担,而且伤口容易感染。另外这种方法获得的血糖数据为离散的点,很有可能错过一些重要的极值点,对餐后或胰岛素治疗后的高点或低点不敏感。为了更好的检测患者血糖含量,本文提出基于表面润湿理论与仿生学原理,通过寻找血液的糖度参数与超疏水表面接触角的变化规律,揭示界面润湿性能机制,构建基于测定接触角变化推演出血糖含量参数,以此判定患者血糖度,可以作为一种连续血糖监测的底层技术。主要包含以下内容:（1）仿生学原理实验:选取超疏水生物表面荷花叶和旱金莲叶,借助扫描电子显微镜（SEM）对其微观形貌进行了分析研究,揭示了天然超疏水生物表面的特定功能的成因。实验测定了葡萄糖溶液浓度和血糖血清浓度,与天然超疏水生物试样表面的接触角,探讨了液滴葡萄糖浓度...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Wenzel模型和Cassie-Baxter模型示意图
第2章表面润湿基本理论与方法-9-图2.2激光扫描后样品表面形貌(a)~(f)不同脉冲能量密度下样品表面的扫描电镜图激光加工的方法优点明显，但不足之处也显而易见，例如无法采用一步法进行制备，增加了制造成本，而且其本身存在设备昂贵，编程复杂等缺点，不利于大型工业化制造。因此通过激光刻蚀进行超疏水表面制备的方法现在仍然处于实验室研究阶段，进行工业化生产还有众多问题需要攻克。2.3.3化学刻蚀化学刻蚀一般是利用了不同的强酸强碱或者盐溶液与金属材料产生化学反应，使金属溶解，而通过金属材料在结晶时产生的晶体缺陷，在与酸碱溶液反应时不同位置的溶解速度不同，以生成一定的粗糙结构。陈等人[80]采用化学刻蚀的方法在不锈钢网膜上制备了超疏水表面。刻蚀液为氢氟酸，使用12-羟基硬脂酸（12-HSA）改性，对水的接触角达151°。此外此样本对油接触角极小，接近于0°，因此非常适用与油水分离应用，样本对水和石油醚的分离效率达95.65%。传统的化学刻蚀法，在制备过程中有大量的金属材料损耗，造成成本增加，制备的超疏水曾薄厚不均等问题，而且大量的金属离子溶解在刻蚀液中难于处理，对环境污染较大。张等人[81]采用液滴蚀刻方法制备了超疏水铝表面，接触角为156°，滚动角为5°，后经五氟辛酸（PFOA）修饰，得到了超疏水铝表面。较传统方法，液滴刻蚀能有效的减少铝制基底在可是过程中的损耗，降低成本，提高了超疏水铝表面的可重复使用率，而且刻蚀液中溶解金属离子较少，处理难度降低，利于环境保护。但是化学刻蚀制备超疏水表面过程中使用的化学试剂多为强酸强碱对环境
第2章表面润湿基本理论与方法-11-制备表面展现了较好的抗腐蚀性能。图2.3不同分辨率的表面SEM照片（a）（b）水热过程后的表面（c）化学修饰后表面对于水热法同样可以通过将水热构造粗糙表面和表面修饰结合在一起，形成一步制备超疏水表面的方法，降低成产成本，缩短生产时间。Li等[86]通过一步水热合成的方法，在实验中直接使用由硫酸镍和十八酸组成的水热液，进行一步法制备超疏水表面，检测显示十八酸成功修饰到基底表面，并生成十八酸镍。水热法需要高温高压环境，对实验设备要求较高，而且一般只能用于化学性质较为活泼的金属材料，反应时间极长，进行大规模的工业制备有一定困难困难，都是此方法不可避免的缺点。所以设法调整工艺，降低制备难度，并且向低温低压发展成为此方法的核心问题。2.3.6阳极氧化阳极氧化是一种电化学刻蚀过程，具有工艺简单，操作方便的特点，此种方法下，金属材料表面通常会转化为一层氧化膜。通过调节不同的实验参数可以有效的控制表面粗糙结构的大致形态，再进行低表面能物质修饰即可获得超疏水性。采用阳极氧化法制备超疏水金属表面过程被广泛使用，具有规模化工业应用潜力，是一种值得投入研究成本的优秀方法。Sun等人[87]采用光刻胶掩模阳极氧化的方式在铝基底表面制备了超疏水表面。为了制备微观形貌整齐的超疏水表面，将光刻胶涂敷于金属铝表面，后经一系列操作，在基底表面形成整齐的圆形光刻胶阵列，之后再经阳极氧化处理，最后由氟硅烷（FAS）进行修饰，如图4。结果显示，制备的超疏水表面接触角达到156.8°。此种方法可以通过调节加工参数来实现对柱状突起间距，直径，高度等参数的精确调节，有较好的通用性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸渍法制备不锈钢基超疏水网膜及其在油水分离中的应用[J]. 陈雪,袁军,马晓梦,曾孟阳,伍鸿哲. 化工新型材料. 2018(S1)
[2]Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining[J]. Jing Sun,Wei Cheng,Jin-Long Song,Yao Lu,Yan-Kui Sun,Liu Huang,Xin Liu,Zhu-Ji Jin,Claire J-Carmalt,Ivan P-Parkin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)
[3]中国2型糖尿病防治指南（2017年版）[J]. Chinese Diabetes Society;. 中国实用内科杂志. 2018(04)
[4]微创伤血糖连续检测技术及仪器的研究进展[J]. 栗大超,蒲治华,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2016(04)
[5]用于血糖无创检测的葡萄糖传感器研究[J]. 王洪,刘洋洋,姚小静,李燕,崔建国,吴基玉. 传感器与微系统. 2013(05)
[6]人体组织液的微创透皮抽取技术[J]. 栗大超,刘同坤,孙岳,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2010(03)
[7]糖尿病历史大发现[J]. 陈东方. 医药世界. 2007(10)
本文编号：3370655
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Wenzel模型和Cassie-Baxter模型示意图
第2章表面润湿基本理论与方法-9-图2.2激光扫描后样品表面形貌(a)~(f)不同脉冲能量密度下样品表面的扫描电镜图激光加工的方法优点明显，但不足之处也显而易见，例如无法采用一步法进行制备，增加了制造成本，而且其本身存在设备昂贵，编程复杂等缺点，不利于大型工业化制造。因此通过激光刻蚀进行超疏水表面制备的方法现在仍然处于实验室研究阶段，进行工业化生产还有众多问题需要攻克。2.3.3化学刻蚀化学刻蚀一般是利用了不同的强酸强碱或者盐溶液与金属材料产生化学反应，使金属溶解，而通过金属材料在结晶时产生的晶体缺陷，在与酸碱溶液反应时不同位置的溶解速度不同，以生成一定的粗糙结构。陈等人[80]采用化学刻蚀的方法在不锈钢网膜上制备了超疏水表面。刻蚀液为氢氟酸，使用12-羟基硬脂酸（12-HSA）改性，对水的接触角达151°。此外此样本对油接触角极小，接近于0°，因此非常适用与油水分离应用，样本对水和石油醚的分离效率达95.65%。传统的化学刻蚀法，在制备过程中有大量的金属材料损耗，造成成本增加，制备的超疏水曾薄厚不均等问题，而且大量的金属离子溶解在刻蚀液中难于处理，对环境污染较大。张等人[81]采用液滴蚀刻方法制备了超疏水铝表面，接触角为156°，滚动角为5°，后经五氟辛酸（PFOA）修饰，得到了超疏水铝表面。较传统方法，液滴刻蚀能有效的减少铝制基底在可是过程中的损耗，降低成本，提高了超疏水铝表面的可重复使用率，而且刻蚀液中溶解金属离子较少，处理难度降低，利于环境保护。但是化学刻蚀制备超疏水表面过程中使用的化学试剂多为强酸强碱对环境
第2章表面润湿基本理论与方法-11-制备表面展现了较好的抗腐蚀性能。图2.3不同分辨率的表面SEM照片（a）（b）水热过程后的表面（c）化学修饰后表面对于水热法同样可以通过将水热构造粗糙表面和表面修饰结合在一起，形成一步制备超疏水表面的方法，降低成产成本，缩短生产时间。Li等[86]通过一步水热合成的方法，在实验中直接使用由硫酸镍和十八酸组成的水热液，进行一步法制备超疏水表面，检测显示十八酸成功修饰到基底表面，并生成十八酸镍。水热法需要高温高压环境，对实验设备要求较高，而且一般只能用于化学性质较为活泼的金属材料，反应时间极长，进行大规模的工业制备有一定困难困难，都是此方法不可避免的缺点。所以设法调整工艺，降低制备难度，并且向低温低压发展成为此方法的核心问题。2.3.6阳极氧化阳极氧化是一种电化学刻蚀过程，具有工艺简单，操作方便的特点，此种方法下，金属材料表面通常会转化为一层氧化膜。通过调节不同的实验参数可以有效的控制表面粗糙结构的大致形态，再进行低表面能物质修饰即可获得超疏水性。采用阳极氧化法制备超疏水金属表面过程被广泛使用，具有规模化工业应用潜力，是一种值得投入研究成本的优秀方法。Sun等人[87]采用光刻胶掩模阳极氧化的方式在铝基底表面制备了超疏水表面。为了制备微观形貌整齐的超疏水表面，将光刻胶涂敷于金属铝表面，后经一系列操作，在基底表面形成整齐的圆形光刻胶阵列，之后再经阳极氧化处理，最后由氟硅烷（FAS）进行修饰，如图4。结果显示，制备的超疏水表面接触角达到156.8°。此种方法可以通过调节加工参数来实现对柱状突起间距，直径，高度等参数的精确调节，有较好的通用性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸渍法制备不锈钢基超疏水网膜及其在油水分离中的应用[J]. 陈雪,袁军,马晓梦,曾孟阳,伍鸿哲. 化工新型材料. 2018(S1)
[2]Fabrication of Superhydrophobic Micro Post Array on Aluminum Substrates Using Mask Electrochemical Machining[J]. Jing Sun,Wei Cheng,Jin-Long Song,Yao Lu,Yan-Kui Sun,Liu Huang,Xin Liu,Zhu-Ji Jin,Claire J-Carmalt,Ivan P-Parkin. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(04)
[3]中国2型糖尿病防治指南（2017年版）[J]. Chinese Diabetes Society;. 中国实用内科杂志. 2018(04)
[4]微创伤血糖连续检测技术及仪器的研究进展[J]. 栗大超,蒲治华,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2016(04)
[5]用于血糖无创检测的葡萄糖传感器研究[J]. 王洪,刘洋洋,姚小静,李燕,崔建国,吴基玉. 传感器与微系统. 2013(05)
[6]人体组织液的微创透皮抽取技术[J]. 栗大超,刘同坤,孙岳,于海霞,徐可欣. 纳米技术与精密工程. 2010(03)
[7]糖尿病历史大发现[J]. 陈东方. 医药世界. 2007(10)
本文编号：3370655
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