超疏水/超双疏材料的制备及其性能研究
发布时间：2023-02-18 20:50
受“荷叶效应”和“玫瑰花效应”的启发,超疏水表面引起了研究者们极大的关注。这些具有特殊浸润性的表面(超疏水,超双疏表面)在日常生活中和工业界等许多领域有着极其重要的应用前景。浸润性和粘附性都是固体表面的重要性质。一般来说,固体表面的浸润性和粘附性是由固体表面的化学组成和表面形貌结构共同决定的。因此通过改变固体表面化学成分和表面微观结构可以实现对润湿性和粘附性的调控。通过调节固体表面化学成分和微观结构实现水粘附性调节也具有重要的应用价值。另外,由于环境的复杂多变,制备仅仅排斥水滴的表面远远不能满足工业和生活的需要。因此,制备既可以排斥水滴又可以排斥油滴的表面(称之为超双疏表面)可以极大的扩大超疏水表面的应用。尽管已经有很多关于超疏水、超疏油表面的报道,而且制备工艺也越来越成熟,但仍然还存在很多亟待解决的问题。从技术方法上,很多用于制备超疏水材料的方法仍然存在设备原材料昂贵、步骤繁杂、重复性差、只适合用于实验室研究却无法用于制备大面积超疏水表面等;从稳定性方面来看,目前大多数制备的超疏水表面化学稳定性差和对机械作用力很敏感,主要表现在恶劣的环境和一定的机械作用力容易使超疏水性能丧失,这些都...
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 固体表面润湿性概念以及常用的理论基础
1.1.1 润湿性的基本概念以及用于描述润湿性的参数
1.1.2 Young理论
1.1.3 Wenzel理论
1.1.4 Cassie-Baxter理论
1.1.5 复合界面的稳定性和分级结构的作用
1.1.6 Wenzel润湿模式与Cassie-Baxter模式的转化
1.1.7 超双疏性质的实现机制[54]
1.2 自然界超疏水表面
1.2.1 荷叶
1.2.2 玫瑰花
1.2.3 壁虎脚掌
1.2.4 水黾
1.2.5 蝴蝶翅膀
1.3 仿生超疏水、超疏油表面常用的制备技术
1.3.1 低粘附超疏水表面的制备
1.3.2 超疏油表面的制备
1.3.3 高粘附超疏水表面的制备
1.3.4 润湿性和粘附性可调控或者可转换的智能超疏水表面
1.4 仿生超疏水、超疏油表面的性质以及应用
1.4.1 超疏水材料用于防冰、防雪
1.4.2 具有光学透明、抗反射性能的超疏水材料
1.4.3 具有抗腐蚀性能的超疏水材料
1.4.4 具有良好导电率的超疏水材料
1.4.5 超疏水材料用于油水分离
1.4.6 液体环境下的超疏油性能
1.4.7 超双疏材料表面的特殊应用
1.4.8 具有强稳定性的超疏水材料
1.5 铝金属基底上超疏水、超疏油表面的制备及研究进展
1.6 本学位论文工作的研究内容
1.7 本学位论文工作的研究目标
1.8 本学位论文工作的创新之处
第二章 阳极氧化法制备具有高差异水粘附性超疏水氧化铝表面
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂和材料
2.2.2 实验仪器
2.2.3 实验方法
2.2.4 性能测试及表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 AAO的制备及反应条件对形貌影响的探索
2.3.2 样品的成分
2.3.3 通过控制反应参数制备具有不同形貌的氧化铝薄膜
2.3.4 纳米氧化铝纤维结构的形成原因
2.3.5 润湿性和粘附性
2.3.6 两种表面水粘附性差异的原因分析
2.3.7 超疏水表面在恶劣环境下的稳定性
2.4 本章小结
第三章 阳极氧化法制备具有强稳定性大面积氧化铝超疏水表面
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂和材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 实验方法
3.2.4 性能测试及表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 分级氧化铝结构的形貌特征
3.3.2 分级氧化铝结构形成的原因分析
3.3.3 电流密度和电解液温度对表面形貌和润湿性的影响
3.3.4 不同样品的成分分析
3.3.5 PDES-MS表面的化学稳定性和机械持久性能测试
3.3.6 STA-MS表面的性能测试
3.3.7 PDES (STA)-MS表面的抗腐蚀性能
3.3.8 不同表面的表面自由能
3.4 本章小结
第四章 模板润湿法制备具有“荷叶效应”和“玫瑰花效应”的大孔高分子表面
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂和材料
4.2.2 实验仪器
4.2.3 实验方法
4.2.4 性能测试及表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 以常规氧化铝为模板制备PMMA纳米阵列结构
4.3.2 具有分级结构的大孔氧化铝模板的制备及形成原因
4.3.3 PMMA大孔结构的形成原理
4.3.4 PMMA大孔结构的形貌表征
4.3.5 PMMA大孔结构的成分分析
4.3.6 PMMA大孔结构的润湿性和水粘附性差异以及原因分析
4.3.7 PMMA大孔结构的性能分析
4.4 本章小结
第五章 具有良好化学稳定性和机械持久性超双疏表面的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂和材料
5.2.2 实验仪器
5.2.3 实验方法
5.2.4 性能测试及表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 微米结构、纳米结构以及微米纳米相结合结构的形貌表征
5.3.2 不同样品的成分分析
5.3.3 PDES在样品表面的自组装机理
5.3.4 不同样品的润湿性分析
5.3.5 实验参数对样品形貌和润湿性的影响
5.3.6 超疏油样品的化学稳定性和机械持久性表征
5.3.7 不同样品的抗腐蚀性能
5.4 本章小结
第六章 水热法制备具有良好化学稳定性的超双疏表面
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验试剂和材料
6.2.2 实验仪器
6.2.3 实验方法
6.2.4 性能测试及表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 具有分级结构铝表面的形貌和成分表征
6.3.2 超疏油铝表面的润湿性
6.3.3 反应时间和氨水浓度对形貌和润湿性的影响
6.3.4 超疏油铝表面的化学稳定性
6.3.5 超疏油铝表面的抗腐蚀性能
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
博士期间获奖情况
致谢
附件?
本文编号：3745507
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 固体表面润湿性概念以及常用的理论基础
1.1.1 润湿性的基本概念以及用于描述润湿性的参数
1.1.2 Young理论
1.1.3 Wenzel理论
1.1.4 Cassie-Baxter理论
1.1.5 复合界面的稳定性和分级结构的作用
1.1.6 Wenzel润湿模式与Cassie-Baxter模式的转化
1.1.7 超双疏性质的实现机制[54]
1.2 自然界超疏水表面
1.2.1 荷叶
1.2.2 玫瑰花
1.2.3 壁虎脚掌
1.2.4 水黾
1.2.5 蝴蝶翅膀
1.3 仿生超疏水、超疏油表面常用的制备技术
1.3.1 低粘附超疏水表面的制备
1.3.2 超疏油表面的制备
1.3.3 高粘附超疏水表面的制备
1.3.4 润湿性和粘附性可调控或者可转换的智能超疏水表面
1.4 仿生超疏水、超疏油表面的性质以及应用
1.4.1 超疏水材料用于防冰、防雪
1.4.2 具有光学透明、抗反射性能的超疏水材料
1.4.3 具有抗腐蚀性能的超疏水材料
1.4.4 具有良好导电率的超疏水材料
1.4.5 超疏水材料用于油水分离
1.4.6 液体环境下的超疏油性能
1.4.7 超双疏材料表面的特殊应用
1.4.8 具有强稳定性的超疏水材料
1.5 铝金属基底上超疏水、超疏油表面的制备及研究进展
1.6 本学位论文工作的研究内容
1.7 本学位论文工作的研究目标
1.8 本学位论文工作的创新之处
第二章 阳极氧化法制备具有高差异水粘附性超疏水氧化铝表面
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂和材料
2.2.2 实验仪器
2.2.3 实验方法
2.2.4 性能测试及表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 AAO的制备及反应条件对形貌影响的探索
2.3.2 样品的成分
2.3.3 通过控制反应参数制备具有不同形貌的氧化铝薄膜
2.3.4 纳米氧化铝纤维结构的形成原因
2.3.5 润湿性和粘附性
2.3.6 两种表面水粘附性差异的原因分析
2.3.7 超疏水表面在恶劣环境下的稳定性
2.4 本章小结
第三章 阳极氧化法制备具有强稳定性大面积氧化铝超疏水表面
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂和材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 实验方法
3.2.4 性能测试及表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 分级氧化铝结构的形貌特征
3.3.2 分级氧化铝结构形成的原因分析
3.3.3 电流密度和电解液温度对表面形貌和润湿性的影响
3.3.4 不同样品的成分分析
3.3.5 PDES-MS表面的化学稳定性和机械持久性能测试
3.3.6 STA-MS表面的性能测试
3.3.7 PDES (STA)-MS表面的抗腐蚀性能
3.3.8 不同表面的表面自由能
3.4 本章小结
第四章 模板润湿法制备具有“荷叶效应”和“玫瑰花效应”的大孔高分子表面
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂和材料
4.2.2 实验仪器
4.2.3 实验方法
4.2.4 性能测试及表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 以常规氧化铝为模板制备PMMA纳米阵列结构
4.3.2 具有分级结构的大孔氧化铝模板的制备及形成原因
4.3.3 PMMA大孔结构的形成原理
4.3.4 PMMA大孔结构的形貌表征
4.3.5 PMMA大孔结构的成分分析
4.3.6 PMMA大孔结构的润湿性和水粘附性差异以及原因分析
4.3.7 PMMA大孔结构的性能分析
4.4 本章小结
第五章 具有良好化学稳定性和机械持久性超双疏表面的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂和材料
5.2.2 实验仪器
5.2.3 实验方法
5.2.4 性能测试及表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 微米结构、纳米结构以及微米纳米相结合结构的形貌表征
5.3.2 不同样品的成分分析
5.3.3 PDES在样品表面的自组装机理
5.3.4 不同样品的润湿性分析
5.3.5 实验参数对样品形貌和润湿性的影响
5.3.6 超疏油样品的化学稳定性和机械持久性表征
5.3.7 不同样品的抗腐蚀性能
5.4 本章小结
第六章 水热法制备具有良好化学稳定性的超双疏表面
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验试剂和材料
6.2.2 实验仪器
6.2.3 实验方法
6.2.4 性能测试及表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 具有分级结构铝表面的形貌和成分表征
6.3.2 超疏油铝表面的润湿性
6.3.3 反应时间和氨水浓度对形貌和润湿性的影响
6.3.4 超疏油铝表面的化学稳定性
6.3.5 超疏油铝表面的抗腐蚀性能
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
博士期间获奖情况
致谢
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本文编号：3745507
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