氟硅超浸润表面的构建及其在防污/防覆冰领域中的应用
发布时间：2024-05-23 01:22
超疏水、超光滑等超浸润表面在建筑、农业、医疗、海洋防污等领域具有广泛的应用前景,成为目前材料研究领域的热点。超疏水是指材料表面水接触角大于150°,滚动角小于10°,超疏水现象是微/纳粗糙结构和低表面能化学组成共同作用的结果。而灌注液体型光滑多孔表面(SLIPS),也称为超光滑表面,一般通过在粗糙基材上灌注润滑油获得光滑的动态液体覆盖层。本文基于仿生学的思想,开展了超疏水和SLIPS表面的新型制备方法的研究,并拓展其在防污和防覆冰涂层方面的应用。论文首先通过甲基三乙氧基硅烷、全氟已基磺酰基氨基三乙氧基硅烷以及纳米硅溶胶的水解共缩聚制备具有全疏和自清洁性能的超疏水涂层。通过调节溶剂极性控制纳米粒子团聚,进而调控涂层表面粗糙尺度和润湿性能,获得全疏液型纳米杂合涂层,水和正十六烷接触角分别增大至158°和134°。该涂层可涂覆于如金属、玻璃、棉布和纸张等材料表面,赋予其在严苛的环境如高温、强酸、强碱以及油类污染下的自清洁和防粘附性能。通过该方法制备纳米杂合涂层简单经济,在长效防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在一步溶胶-凝胶法制备的纳米杂合基材HC上浸润不同粘度的硅油,得到稳定透明的光滑杂...
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
第2章 文献综述
2.1 超浸润表面
2.2 超疏水表面
2.2.1 超疏水表面的构建机理
2.2.2 超疏水表面的构建方法
2.2.2.1 化学刻蚀法
2.2.2.2 化学沉积法
2.2.2.3 层层自组装
2.2.2.4 模板法
2.2.2.5 静电纺丝法
2.2.2.6 溶胶-凝胶法
2.2.3 超疏水表面的应用
2.2.3.1 自清洁涂层
2.2.3.2 防覆冰涂层
2.2.3.3 油水分离
2.2.4 超疏水表面在应用中存在的问题
2.3 超光滑SLIPS表面
2.3.1 SLIPS构建机理
2.3.2 SLIPS的构建方法
2.3.2.1 在刻蚀后的粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.2 通过聚合物多孔膜构建SLIPS
2.3.2.3 在化学沉积的粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.4 在溶胶-凝胶粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.5 在层层自组装粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.6 聚合物溶胀法构建SLIPS
2.3.3 SLIPS的应用
2.3.3.1 防沾污
2.3.3.2 促进滴状冷凝
2.3.3.3 防结霜和防覆冰
2.3.3.4 油水分离
2.3.3.5 其他方面的应用
2.3.4 SLIPS在应用中存在的问题
2.4 论文研究思路和主要研究内容
第3章 含氟全疏纳米杂合涂层的制备及性能
3.1 前言
3.2 实验方法
3.2.1 试剂及规格
3.2.2 溶胶-凝胶法制备氟化纳米杂合涂层
3.3 表征方法
3.3.1 纳米溶胶粒径分析
3.3.2 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
3.3.3 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
3.3.4 涂层表面元素分析(XPS)分析
3.3.5 表面润湿性能测定
3.3.6 油下自清洁以及抗血液、蛋白粘附测试
3.3.7 热重分析(TGA)
3.4 结果与讨论
3.4.1 含氟纳米杂化涂层的制备与表征
3.4.2 表面润湿性能
3.4.3 自清洁性能
3.4.4 抗蛋白质粘附性能
3.4.5 全疏涂层的热稳定性
3.5 小结
第4章 浸润硅油型超光滑杂化涂层的制备及性能
4.1 前言
4.2 实验方法
4.2.1 试剂及规格
4.2.2 纳米杂合涂层以及超光滑涂层的制备
4.3 表征方法
4.3.1 红外光谱(FT-IR)表征
4.3.2 涂层表面元素分析(XPS)分析
4.3.3 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
4.3.4 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
4.3.5 涂层透明度测试
4.3.6 表面润湿性能测定
4.3.7 稳定性测试
4.3.8 生物粘附测试
4.4 结果与讨论
4.4.1 SHC的制备及表征
4.4.2 表面润湿性能
4.4.3 SHC的稳定性
4.4.3.1 剪切稳定性测试
4.4.3.2 蒸发稳定性测试
4.4.3.3 水流稳定性测试
4.4.4 SHC抗细菌粘附性能
4.4.5 SHC抗蛋白粘附性能
4.5 小结
第5章 高疏水及超光滑涂层的防覆冰性能对比研究
5.1 前言
5.2 实验方法
5.2.1 试剂及规格
5.2.2 SiO2@KH550的合成
5.2.3 P(C6SMA-r-SA-r-GMA)的合成
5.2.4 高疏水涂层(FC)和超光滑涂层(SFC)的制备
5.3 表征方法
5.3.1 红外光谱(FT-IR)表征
5.3.2 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
5.3.3 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
5.3.4 表面润湿性能以及水滴在涂层表面结冰时间
5.3.5 差式扫描量热法(DSC)测量水的结晶温度
5.3.6 冰与表面附着力及循环测试
5.3.7 抗结霜性能测试
5.4 结果与讨论
5.4.1 高疏水FC和超光滑SFC的制备
5.4.1.1 红外分析(FT-IR)
5.4.1.2 表面形貌分析
5.4.1.3 表面润湿性能
5.4.2 防覆冰性能
5.4.2.1 防结冰性能
5.4.2.2 疏冰性能
5.4.3 防结霜性能
5.5 小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要研究结论
6.2 论文主要创新点
6.3论文中存在的不足与展望
参考文献
附录
作者介绍
硕士期间学术成果
本文编号：3980801
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第1章 前言
第2章 文献综述
2.1 超浸润表面
2.2 超疏水表面
2.2.1 超疏水表面的构建机理
2.2.2 超疏水表面的构建方法
2.2.2.1 化学刻蚀法
2.2.2.2 化学沉积法
2.2.2.3 层层自组装
2.2.2.4 模板法
2.2.2.5 静电纺丝法
2.2.2.6 溶胶-凝胶法
2.2.3 超疏水表面的应用
2.2.3.1 自清洁涂层
2.2.3.2 防覆冰涂层
2.2.3.3 油水分离
2.2.4 超疏水表面在应用中存在的问题
2.3 超光滑SLIPS表面
2.3.1 SLIPS构建机理
2.3.2 SLIPS的构建方法
2.3.2.1 在刻蚀后的粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.2 通过聚合物多孔膜构建SLIPS
2.3.2.3 在化学沉积的粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.4 在溶胶-凝胶粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.5 在层层自组装粗糙表面构建SLIPS
2.3.2.6 聚合物溶胀法构建SLIPS
2.3.3 SLIPS的应用
2.3.3.1 防沾污
2.3.3.2 促进滴状冷凝
2.3.3.3 防结霜和防覆冰
2.3.3.4 油水分离
2.3.3.5 其他方面的应用
2.3.4 SLIPS在应用中存在的问题
2.4 论文研究思路和主要研究内容
第3章 含氟全疏纳米杂合涂层的制备及性能
3.1 前言
3.2 实验方法
3.2.1 试剂及规格
3.2.2 溶胶-凝胶法制备氟化纳米杂合涂层
3.3 表征方法
3.3.1 纳米溶胶粒径分析
3.3.2 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
3.3.3 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
3.3.4 涂层表面元素分析(XPS)分析
3.3.5 表面润湿性能测定
3.3.6 油下自清洁以及抗血液、蛋白粘附测试
3.3.7 热重分析(TGA)
3.4 结果与讨论
3.4.1 含氟纳米杂化涂层的制备与表征
3.4.2 表面润湿性能
3.4.3 自清洁性能
3.4.4 抗蛋白质粘附性能
3.4.5 全疏涂层的热稳定性
3.5 小结
第4章 浸润硅油型超光滑杂化涂层的制备及性能
4.1 前言
4.2 实验方法
4.2.1 试剂及规格
4.2.2 纳米杂合涂层以及超光滑涂层的制备
4.3 表征方法
4.3.1 红外光谱(FT-IR)表征
4.3.2 涂层表面元素分析(XPS)分析
4.3.3 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
4.3.4 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
4.3.5 涂层透明度测试
4.3.6 表面润湿性能测定
4.3.7 稳定性测试
4.3.8 生物粘附测试
4.4 结果与讨论
4.4.1 SHC的制备及表征
4.4.2 表面润湿性能
4.4.3 SHC的稳定性
4.4.3.1 剪切稳定性测试
4.4.3.2 蒸发稳定性测试
4.4.3.3 水流稳定性测试
4.4.4 SHC抗细菌粘附性能
4.4.5 SHC抗蛋白粘附性能
4.5 小结
第5章 高疏水及超光滑涂层的防覆冰性能对比研究
5.1 前言
5.2 实验方法
5.2.1 试剂及规格
5.2.2 SiO2@KH550的合成
5.2.3 P(C6SMA-r-SA-r-GMA)的合成
5.2.4 高疏水涂层(FC)和超光滑涂层(SFC)的制备
5.3 表征方法
5.3.1 红外光谱(FT-IR)表征
5.3.2 涂层环境扫描电子显微镜(FESEM)分析
5.3.3 涂层的原子力显微镜(AFM)分析
5.3.4 表面润湿性能以及水滴在涂层表面结冰时间
5.3.5 差式扫描量热法(DSC)测量水的结晶温度
5.3.6 冰与表面附着力及循环测试
5.3.7 抗结霜性能测试
5.4 结果与讨论
5.4.1 高疏水FC和超光滑SFC的制备
5.4.1.1 红外分析(FT-IR)
5.4.1.2 表面形貌分析
5.4.1.3 表面润湿性能
5.4.2 防覆冰性能
5.4.2.1 防结冰性能
5.4.2.2 疏冰性能
5.4.3 防结霜性能
5.5 小结
第6章 总结与展望
6.1 论文主要研究结论
6.2 论文主要创新点
6.3论文中存在的不足与展望
参考文献
附录
作者介绍
硕士期间学术成果
本文编号：3980801
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