功能化超疏水表面的制备及应用研究

发布时间：2017-06-07 10:59

  本文关键词：功能化超疏水表面的制备及应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超疏水表面凭借独特的抗润湿性能在耐蚀、抗污、自清洁、抗冰等领域具有广泛的应用,而不同的应用环境对超疏水材料的性能提出了不同的要求。本课题主要针对装饰、微滴运输与反应、油水分离及油吸收三种应用领域制备出三种功能化超疏水表面。同时对其结构和有关性能进行了详细表征,并进一步在以上三种领域进行了基础的应用实验研究。(1)彩色抗菌超疏水表面的制备及其应用研究。采用电解法并通过调节电解参数在基体铜上制备出蓝色、黑色、褐色三种颜色均一的铜化合物膜层,之后通过十八烷酸低能改性制得彩色超疏水铜化合物表面,其接触角分别156.8°,160.0°,162.8°,滚动角均约为1°。极化测试表明,彩色超疏水试样与基体相比具有较高的自腐蚀电位与低的腐蚀电流密度,证明超疏水表面能有效提高基体铜的耐蚀能力。此外,pH稳定性测试,耐候性测试,耐摩擦测试,胶带测试,抗菌测试结果均表明彩色超疏水膜层具有良好的环境适应性、化学稳定性以及机械稳定性,加之均一美丽的色彩,其在装饰抗污材料领域具有良好的应用前景。(2)粘附性可调超疏水表面的制备及其应用研究。采用电沉积技术在镁合金上构筑花状结构的铜镀层,再经混合脂肪酸(十二烷酸与癸二酸)修饰制得超疏水表面,接触角高达152°。通过调节混合脂肪酸比例,滚动角在1°~180°范围内连续可控。同时探讨了表面化学组成对于粘附性的影响及机理。极化测试表明,超疏水试样的自腐蚀电位向正移动了1720 mV,腐蚀电流密度降低约3个数量级,对镁合金基体显示出良好的腐蚀保护作用。此外,高低粘附性的超疏水表面对于酸、碱、盐均有显著的抗润湿性能。基于良好的化学稳定性及连续可调的粘附性,在超疏水表面上进行了NaOH与CuSO4的微滴反应实验,并记录了整个微滴运输过程,结果表明该功能材料可应用于微型反应器和微滴运输领域。(3)超疏水-超亲油表面的制备及其应用研究。在棉纺织物上通过芬顿氧化沉积Fe2O3颗粒,再用希夫碱反应低能改性制得了超疏水-超亲油膜层。水接触角高达160.2°,油接触角约为0°。摩擦测试与胶带剥离实验表明,在摩擦700 mm距离与胶带剥离50次后,超疏水表面的接触角仍高于150o,具有良好的机械稳定性。采用制得的棉纺织物制备了迷你超疏水船,进行海上油吸收模拟实验,结果表明,在无外力驱动的情况下超疏水小船能够有效自发的进行油吸收。此外,该超疏水棉纺织物可分离甲苯、氯仿、正己烷等油水混合物,并显示了良好的选择性与高分离率。该类超疏水纺织物在油水分离与油吸收领域具有良好的应用前景。
【关键词】：超疏水 装饰材料 微型液滴反应器 油水分离
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB306
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第1章 绪论10-36
• 1.1 超疏水表面简介10-14
• 1.1.1 表面润湿性与超疏水表面定义10-12
• 1.1.2 自然界中的超疏水现象12-14
• 1.2 超疏水基础理论的发展14-15
• 1.2.1 Young’s方程14
• 1.2.2 Wenzel模型14-15
• 1.2.3 Cassie Baxter模型15
• 1.3 超疏水表面制备方法15-24
• 1.3.1 物理法16-20
• 1.3.2 化学法20-22
• 1.3.3 物理化学结合法22-24
• 1.4 超疏水表面性质及应用24-29
• 1.4.1 抗腐蚀作用25
• 1.4.2 抗冰25-27
• 1.4.3 减阻27-29
• 1.5 本课题研究目的及内容29-30
• 1.5.1 本课题的研究目的29-30
• 1.5.2 本课题的研究内容30
• 参考文献30-36
• 第2章 实验材料、测试方法及技术路线36-40
• 2.1 实验材料36-37
• 2.1.1 镁合金36
• 2.1.2 化学试剂36-37
• 2.2 实验仪器设备37-38
• 2.3 测试方法38-39
• 2.3.1 微观形貌测试38
• 2.3.2 成分表征38
• 2.3.3 接触角/滚动角测试38
• 2.3.5 电化学测试38-39
• 2.4 实验技术路线39-40
• 第3章 彩色抗菌超疏水表面的制备及其应用研究40-56
• 3.1 前言40-41
• 3.2 实验41-43
• 3.2.1 实验材料41
• 3.2.2 基体铜片前处理41-42
• 3.2.3 彩色铜化合物涂层的制备42
• 3.2.4 修饰42
• 3.2.5 表征与测试42-43
• 3.3 结果与讨论43-52
• 3.3.1 彩色铜化合物膜层的制备43-44
• 3.3.2 润湿行为44-46
• 3.3.3 超疏水铜化合物膜层的环境适应性测试46-49
• 3.3.4 机械稳定性49-52
• 3.3.5 自清洁效应52
• 3.4 结论52-53
• 参考文献53-56
• 第4章 粘附性可调超疏水表面的制备及其应用研究56-70
• 4.1 前言56-57
• 4.2 实验57-59
• 4.2.1 材料58
• 4.2.2 镁合金前处理58
• 4.2.3 化学镀镍58
• 4.2.4 电沉积铜58-59
• 4.2.5 混合脂肪酸化学修饰59
• 4.2.6 表征和测试59
• 4.3 结果与讨论59-66
• 4.3.1 表面形貌59-60
• 4.3.2 粘附性可控超疏水表面的制备60-63
• 4.3.3 耐蚀性63-65
• 4.3.4 微型反应器与微滴运输65-66
• 4.4 结论66-67
• 参考文献67-70
• 第5章 超疏水-超亲油表面的制备及其应用研究70-82
• 5.1 前言70-71
• 5.2 实验71
• 5.2.1 材料71
• 5.2.2 棉纺织物前处理71
• 5.2.3 超疏水棉纺织物的制备71
• 5.2.4 迷你超疏水油吸收船的制备71
• 5.2.5 表征与测试71
• 5.3 结果与讨论71-79
• 5.3.1 超疏水表面的制备71-74
• 5.3.2 pH稳定性74-75
• 5.3.3 机械稳定性75-77
• 5.3.4 超疏水迷你船77
• 5.3.5 油吸收应用77-78
• 5.3.6 油水分离78-79
• 5.4 结论79-80
• 参考文献80-82
• 第6章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82
• 6.2 展望82-84
• 作者研究生期间发表论文84-85
• 致谢85-86

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