透明超疏水多孔玻璃制备及其性能研究

发布时间：2020-04-10 00:22

【摘要】：近年来,超疏水表面在理论研究及制备技术方面都取得了巨大的进步。超疏水的玻璃表面可以减少灰尘及油渍的污染,提高其美观性和实用性。但是涂层如何在不影响玻璃本身高透光性的同时,具有良好的机械耐久性,一直是个亟待解决的问题。由于多孔玻璃表面的纳米结构和尺寸可通过工艺参数来调节,并且本身具有良好的透光性和机械强度,因此很适用于制备超疏水透明表面。本文以68SiO_2-25B_2O_3-7Na_2O作为母体玻璃,研究了不同分相温度、分相时间、酸处理工艺对玻璃表面纳米结构和性能的影响,并通过后续热处理提高了表面的耐磨性。此外本文还研究了冷凝液滴弹跳对不同粒径、不同数量、不同类型颗粒的去除情况。研究发现分相处理工艺决定了纳米结构形状和孔径大小。分相时间过长,分相温度过高会导致分相过度,两相二次互溶和表面二氧化硅富集,影响后续酸刻蚀和表面透光性;分相时间过短,分相温度过低会导致分相不彻底,难以形成粗糙纳米结构。低温分相时620℃分相12小时是较佳的分相工艺,获得直径在30到60 nm的颗粒状粗糙结构,颗粒间隙在10到20nm;高温分相时700℃分相2小时获得网孔骨架状的纳米结构,骨架厚度在30到50 nm,网孔大小在100到200 nm。两种最佳分相工艺下得到的玻璃都能获得155°以上的水滴接触角,并且不影响玻璃本身的透光率。通过对不同酸处理工艺的研究发现,盐酸处理容易使玻璃表面破碎,透光率严重下降,溶度为1.0 mol/L的盐酸水浴95℃处理24小时后所得的表面水滴接触角在141°左右;氢氟酸直接处理会产生微米级凹痕,虽然体积比2.5%的氢氟酸处理2到5分钟后得到的表面水滴接触角在150°以上,但是透光率损失明显;通过先预处理,然后氢氟酸和硫酸(硝酸)混合处理的玻璃能达到155°以上水滴接触角,同时具有良好的透光性,平均透光率在91-92%。酸处理后表面结构脆弱,需要后续热处理提高其表面耐磨性能。经过700℃分相2小时,然后酸处理的玻璃,在530℃热处理6到12小时后耐磨性提高显著。其超疏水表面在200 g载荷下,接触面积为1 cm~2的橡皮摩擦50次后仍然有145°以上的水滴接触角。透明超疏水多孔玻璃表面具有优异的抗结露和水滴自弹跳性能。冷凝过程中,通过高速摄像机捕捉发现合并自弹跳和触发弹跳两种液滴弹跳方式,并且两种方式都能够带走表面沉积的灰尘及颗粒。同时发现颗粒越小,数量越少,冷凝除尘效果越明显。通过对比不同除尘方式,发现机械振动及风力吹动只能除去较大的灰尘,而水滴滚动和冷凝液滴自弹跳可以将表面细小的灰尘完全除去。
【图文】：

水性涂层在灰尘环境中的粘附和脱附过程，发现超疏水。S.Sutha[47]基于氧化铝涂层在玻璃基底上制备了无定形同条件下测量了太阳能电池在有无涂层玻璃基板上的光高于无涂层的表面。层对透明玻璃防污防尘的意义重大，因此最有可能大规身的特殊性，将超疏水涂层在玻璃表面大规模使用,仍然存璃表面特性及研究现状特性及原理固体表面润湿性的重要指标，接触角越小表明固体表面示表面能被润湿，为亲液性表面；θ＞90°表示表面不能被示超疏液性表面，如图 1-1 所示。

图 1-2 杨氏模型示意图，Young 氏方程不再适用，此时表观接触角与本并于 1936 年提出了 Wenzel 方程：cosθw=r (γsv-γsl)/γlv= rcosθ 观接触角，γ是粗糙因子，定义为固体表面的图 1-3 Wenzel 模型示意图
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.1

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本文编号：2621478