超疏水、超疏油微—纳米氧化钨涂层制备及其性能研究

发布时间：2020-05-23 01:48

【摘要】：超疏水、超疏油材料由于其特殊的浸润特性,具有良好的抗菌、自清洁、防水以及防油性能,从而被广泛应用于金属表面防污、油液运输等产业。本文根据自然界生物超疏水的表面效应,通过化学沉积技术以及表面修饰技术制备了具有荷叶效应的涂层。在论文中分别用二水合钨酸钠以及钨粉为钨源制备了颗粒大小不同的氧化钨涂层,研究了沉积工艺对表面疏水、疏油性能的影响,并且分析不同液滴撞击超疏水、超疏油表面的能量损失差异。研究了提高超疏水、超疏油材料表面的稳定性的方法。并将这种方法成功嫁接到氧化钨涂层表面,提高了氧化钨涂层的表面稳定性能。以二水合钨酸钠为钨源成功制备了具有微-纳米突起以及多孔复合结构的氧化钨涂层。这种涂层经过FAS-17的修饰,达到了超疏水、超疏油的效果。其中水、甘油、菜籽油、机油的接触角均超过150°,滚动角均小于10°。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察可知,沉积时间仅仅影响突起结构的大小,而对单个纳米颗粒大小不会产生影响。同时这种涂层具有热致变色效应,实验中通过改变处理温度,成功得到了不同颜色的蓝色、浅绿色以及棕黄色氧化钨涂层。通过甘油、菜籽油以及机油测试发现,这种涂层具有很好的抗油污染能力,实现了抗油污易清洗的功能。同时,这种涂层克服了超疏水、超疏油材料表面稳定性差的现象。以钨粉为钨源制备的纳米氧化钨涂层具有光致变色性能。为了进一步研究不同液滴的润湿性能,通过理论计算的方法成功解释了不同液滴在超双疏表面弹跳特性,发现液滴粘度越大,撞击表面的粘性耗散功越大。实验中研究提高超疏水、超疏油材料表面稳定性普适性的方法。通过二氧化钛溶胶提高了氧化铜涂层的表面稳定性,并且成功将这种方法嫁接到氧化钨涂层上面,极大的提高了氧化钨涂层的整体性能。综上所述,本课题通过化学沉积方法成功制备了超疏水、超疏油的金属涂层,并且研究了不同液滴在超疏水、超疏油表面的润湿特性。通过实验开发一种具有普适性提高超疏水、超疏油材料表面稳定性的方法。
【图文】：

示意图,接触角,液滴,固体

1 绪论它们的表面并不是平坦的，而是由许许多多微米或纳米尺度的微结构排列而成，因此这些表面具有非常高的粗糙度。假设将一滴液体滴在固体材料的表面，液滴一般不会完全铺展开，而是会成类球形，与固体表面形成一定的角度，即所谓的接触角 (CA)[54]，通常以 θ 表示。接触角更加具体的定义是：在固-液-气三相交点处做气-液界面的切线此切线与固-液交界线之间的夹角即为接触角，如图 1-1。由于接触角更加直观，也比较容易测量，因此通常用接触角来表征液体对固体材料的浸润程度。在理想固体表面（组分均匀、光滑、无形变，各向同性），接触角可以用 Young’s 方程来表征[55]，即： = cos (1-1)方程 1-1 即为界面科学中经典的 Young’s 方程，该方程是润湿性研究的理论基础。式中，θ为材料理想光滑表面的接触角，即本征接触角，由材料的化学组成决定的。、、分别为固-气、固-液、气-液界面的界面张力，θ越小，润湿性越好。

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图 1-2 Wenzel 模型和 Cassie 模型Fig.1-2 Wenzel modle and Cassie modleCassie 和 Baxter 研究了自然界中大量疏水植物发现，对 Young's 方程进进一步的修正[57]。Cassie 模型认为，液体与固体粗糙表面接触时并不是单固液界面，而是三相复合界面。当固体表面粗糙度增加到一定值时，固体表凹陷处并不能被填满，这种情况下液体与粗糙表面的接触就变为液-固/液-气复合接触，如图 1-2 所示。研究证明，这种模型更加复合实际情况。Cassie实际接触角为[56]：cos = f1cos 1f2cos 2(式中，为固体粗糙表面的实际接触角，，f1、f2分别为复合接触面中液-固面所占的面积分数和液-气接触面所占的面积分数，f1= 1 f2。 1、θ2分别体与固体表面的本征接触角和液体与空气的本征接触角。由于液体在空气中触角为 180°，因此式 1-3 可以改写为：cos = f1（cos 11） (
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】