仿生构筑污水处理用浸润性梯度铜网的性能研究
发布时间：2021-08-25 18:11
浸润性是固体表面一个特有的重要性质,受荷叶出淤泥而不染现象的启发,人们逐渐将研究视线延伸到浸润性领域,而独特的梯度浸润性作为浸润性领域内一个重要分支,在构建可控浸润性表面方面具有重大意义。浸润性梯度表面是指在沿着平行于固体表面方向上,一种或几种表面性质（表面结构形貌、厚度和表面化学组成等）随位置的变化具有连续变化从而引起表面浸润性连续变化的特殊梯度表面。浸润性梯度表面由于其特殊的浸润性梯度变化,在实现液滴的自运输、研究细胞吸附动力学和提高热交换效率等领域具有重要的应用价值。本课题主要采用简单实用的氨碱氧化法,以铜网为实验材料,通过利用分液漏斗缓慢滴加氨碱混合溶液的方式来实现铜网表面结构形貌的连续性变化,得到从超亲水到疏水的连续浸润性梯度铜网。实验原理是当铜网与氨碱混合溶液接触发生反应时,会在铜网表面生长出一种氢氧化铜纳米线,纳米线的生长增大了表面粗糙度,同时由于纳米线上亲水基团羟基的存在,使得铜网表面呈现出亲水性或超亲水性。随后对该浸润性梯度铜网进行一系列的表征与分析,详细探讨了浸润性梯度形成的原因、影响因素以及潜在的应用价值。通过扫描电子显微镜观察铜网表面微观结构,分析纳米线的生长状...
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触角的定义Fig.1.1DefinitionofcontactAngle
面在经过表面粗糙化后会更加亲液，本身疏液的固体表面在经过表面粗糙化后会更加疏液。值得注意的是，Wenzel 模型的成立需要以热力学平衡状态为前提，但是在很多实际情况下，由于材料表面组成的非均一性等因素，某些情况下液滴难以在固体表面达到Wenzel 方程所要的平衡状态时，此方程无法适用。Cassie 和 Baxter 通过进一步研究，提出了可以将不均匀的粗糙固体表面设想为一个复合表面，由此得出了 Cassie 方程[17]：1122cos fcos fcos r （1.3）在该方程中，假设固体表面由两种不同物质 1 和物质 2 组成。上式中，f1和 f2分别为两种组分的表面组成占比（f1+f2=1），θ1和θ2分别表示液体在两种物质组分表面的本征接触角。Cassie 和 Baxter 认为，当固体表面呈现较强的疏水性时，液滴无法完全填满粗糙表面上的凹槽，部分空气会被截留在液体与固体之间。上述两个方程都是对 Young’s 方程的进一步补充，在实际情况下，考虑到可能存在的外力作用，固液接触状态会在 Wenzel 和 Cassie 状态之间发生转换，同时，科学家们还发现由于固体表面微观结构的不均一，Wenzel 和 Cassie 状态也可以同时存在，如图1.2 所示。
滚动各向异性的植物叶表面；具有高粘附性、自清洁性和超疏水性的壁虎脚底；具有水下超疏油、流体减阻能力的鱼鳞结构；具有快速集水和变色功能的沙漠甲虫背部结构等，为人们对特殊表面材料的研究提供了高价值的参考。以荷叶为典型代表的植物叶表面自清洁性质引起了科学家的重点关注，人们发现，水滴不会粘附在荷叶表面上，而是可以自由滚动并随着滚动带走表面附着的灰尘等污垢。通过对荷叶表面的研究，德国生物学家 Barthlott 和 Neihuis 认为荷叶表面存在一层低表面能蜡状物质使得荷叶表面呈现出良好的疏水性，同时荷叶表面上微米级的乳突结构大大增加了表面的粗糙度，使得荷叶表面的疏水性进一步加强，通过二者的协同作用，水滴在荷叶表面的接触角大于 150 °，总是能保持趋近完美的球形状态，轻微的震动便可使水滴自由滚动[18,19]。通过对荷叶表面的进一步研究发现，荷叶下表面具有与上表面完全相反的超亲水（图 1.3），这是因为荷叶下表面并不具有如上表面一样的低表面能蜡状物质，而是存在具有亲水性的类水凝胶化合物[20]。上下表面相反的浸润性充分印证了先前所提到的影响固体表面浸润性的两大因素：固体表面化学组成和固体表面微观结构的协同作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸润性梯度表面研究与应用[J]. 张继琳,韩艳春. 高分子学报. 2012(10)
本文编号：3362607
【文章来源】：山东理工大学山东省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
接触角的定义Fig.1.1DefinitionofcontactAngle
面在经过表面粗糙化后会更加亲液，本身疏液的固体表面在经过表面粗糙化后会更加疏液。值得注意的是，Wenzel 模型的成立需要以热力学平衡状态为前提，但是在很多实际情况下，由于材料表面组成的非均一性等因素，某些情况下液滴难以在固体表面达到Wenzel 方程所要的平衡状态时，此方程无法适用。Cassie 和 Baxter 通过进一步研究，提出了可以将不均匀的粗糙固体表面设想为一个复合表面，由此得出了 Cassie 方程[17]：1122cos fcos fcos r （1.3）在该方程中，假设固体表面由两种不同物质 1 和物质 2 组成。上式中，f1和 f2分别为两种组分的表面组成占比（f1+f2=1），θ1和θ2分别表示液体在两种物质组分表面的本征接触角。Cassie 和 Baxter 认为，当固体表面呈现较强的疏水性时，液滴无法完全填满粗糙表面上的凹槽，部分空气会被截留在液体与固体之间。上述两个方程都是对 Young’s 方程的进一步补充，在实际情况下，考虑到可能存在的外力作用，固液接触状态会在 Wenzel 和 Cassie 状态之间发生转换，同时，科学家们还发现由于固体表面微观结构的不均一，Wenzel 和 Cassie 状态也可以同时存在，如图1.2 所示。
滚动各向异性的植物叶表面；具有高粘附性、自清洁性和超疏水性的壁虎脚底；具有水下超疏油、流体减阻能力的鱼鳞结构；具有快速集水和变色功能的沙漠甲虫背部结构等，为人们对特殊表面材料的研究提供了高价值的参考。以荷叶为典型代表的植物叶表面自清洁性质引起了科学家的重点关注，人们发现，水滴不会粘附在荷叶表面上，而是可以自由滚动并随着滚动带走表面附着的灰尘等污垢。通过对荷叶表面的研究，德国生物学家 Barthlott 和 Neihuis 认为荷叶表面存在一层低表面能蜡状物质使得荷叶表面呈现出良好的疏水性，同时荷叶表面上微米级的乳突结构大大增加了表面的粗糙度，使得荷叶表面的疏水性进一步加强，通过二者的协同作用，水滴在荷叶表面的接触角大于 150 °，总是能保持趋近完美的球形状态，轻微的震动便可使水滴自由滚动[18,19]。通过对荷叶表面的进一步研究发现，荷叶下表面具有与上表面完全相反的超亲水（图 1.3），这是因为荷叶下表面并不具有如上表面一样的低表面能蜡状物质，而是存在具有亲水性的类水凝胶化合物[20]。上下表面相反的浸润性充分印证了先前所提到的影响固体表面浸润性的两大因素：固体表面化学组成和固体表面微观结构的协同作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浸润性梯度表面研究与应用[J]. 张继琳,韩艳春. 高分子学报. 2012(10)
本文编号：3362607
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