超疏水铜表面的制备及润湿性研究

发布时间：2017-04-08 19:39

  本文关键词：超疏水铜表面的制备及润湿性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：仿生超疏水材料被认为在自清洁、防腐蚀、抗冰冻等方面具有广泛的应用前景，从而引起了科学家们越来越大的兴趣。最近几年国内外出现了许多人工制备超疏水表面的方法。但这些方法大多存在一些缺点，如所需设备昂贵、工艺复杂不易控制、材料不环保等。本文在简单的实验条件下探索了5种方法制备超疏水铜表面，并研究了其表面润湿性，具体研究内容和创新点如下： (1)将模板法与腐蚀法相结合，，提出了一种新颖的模板辅助腐蚀法，首次在铜片表面得到与荷叶表面非常类似的二元微纳结构，经硬脂酸修饰后，其表面接触角可达153°，滚动角为7°。该方法为金属基材表面构建精细仿生微纳结构提供了新途径。 (2)将铜片浸泡在硬脂酸-95%乙醇溶液中，通过自组装在铜片上获得具有草状结构的超疏水表面，研究了浸泡工艺对表面微结构及润湿性的影响。实验结果表明，当硬脂酸浓度为2g/L，浸泡温度为40℃，浸泡时间为120min，所得铜片表面的超疏水效果较好，其接触角为159°，滚动角只有3°。 (3)将模板法与自组装法相结合，通过模板调控自组装区域，发展了一种模板调控自组装法制备超疏水铜表面，得到了与荷叶表面微米突起分布规律非常类似、但其表面纳米结构及形貌与荷叶表面不一致的微米花状结构，该表面的接触角为161°，滚动角只有3°。 (4)发展了一种沉积蜡烛灰层来获得超疏水表面的新方法。通过在铜片表面沉积蜡烛灰，得到了接触角为160.5°、滚动角为2°的超疏水表面。研究了不同沉积距离对铜片上蜡烛灰层的表面结构、成分及润湿性的影响。 (5)发展了一种新颖的模板辅助沉积法制备超疏水铜表面。以超疏水的蜡烛灰层为模板，在铁片表面化学沉积铜，得到了具有微米、亚微米、纳米三元结构的铜表面，经硬脂酸修饰后，其表面由亲水变成超疏水，接触角高达156.9°，滚动角为5°。
【关键词】：超疏水 铜 表面 润湿性 接触角 滚动角
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10
• 1.2 自然界的超疏水表面10-12
• 1.2.1 超疏水的植物表面10-11
• 1.2.2 超疏水的动物表面11-12
• 1.3 超疏水的理论基础12-15
• 1.3.1 接触角及 Young 氏方程12-13
• 1.3.2 Wenzel 与 Cassie 理论模型13-15
• 1.3.3 接触角滞后与滚动角15
• 1.4 金属基材超疏水表面的制备方法15-18
• 1.4.1 化学腐蚀法16
• 1.4.2 自组装法16-17
• 1.4.3 沉积法17
• 1.4.4 氧化法17
• 1.4.5 其它方法17-18
• 1.5 超疏水材料的应用前景18-20
• 1.5.1 自清洁18
• 1.5.2 防水防腐18-19
• 1.5.3 油水分离19
• 1.5.4 减阻19
• 1.5.5 抗冰覆19-20
• 1.6 本文的研究目的、意义及内容20-22
• 第二章 模板辅助腐蚀法制备类荷叶超疏水铜表面22-33
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验材料22-23
• 2.2.2 实验仪器23
• 2.2.3 实验步骤23-25
• 2.2.4 实验表征方法25
• 2.3 结果分析与讨论25-32
• 2.3.1 表面结构表征及分析25-27
• 2.3.2 表面成分表征及分析27-28
• 2.3.3 表面润湿性表征及分析28-30
• 2.3.4 超疏水铜片表面形成机理分析与讨论30
• 2.3.5 三氯化铁浓度对铜片表面结构的影响30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 一步浸泡自组装法制备超疏水铜表面33-43
• 3.1 引言33
• 3.2 实验部分33-35
• 3.2.1 实验材料33
• 3.2.2 实验仪器33-34
• 3.2.3 实验步骤及装置34-35
• 3.2.4 实验表征方法35
• 3.3 结果分析与讨论35-42
• 3.3.1 铜片表面结构表征及分析35-36
• 3.3.2 铜片表面成分表征及分析36-37
• 3.3.3 铜片表面结构形成机理分析与讨论37
• 3.3.4 硬脂酸浓度对表面结构及润湿性的影响37-39
• 3.3.5 浸泡时间对表面结构及润湿性的影响39-41
• 3.3.6 浸泡温度对表面结构的影响41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 模板调控自组装法制备类荷叶超疏水铜表面43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 实验部分43-46
• 4.2.1 实验材料43-44
• 4.2.2 实验仪器44
• 4.2.3 实验步骤44-45
• 4.2.4 实验表征方法45-46
• 4.3 结果分析与讨论46-51
• 4.3.1 表面结构表征及分析46-47
• 4.3.2 表面成分表征及分析47-48
• 4.3.3 表面润湿性表征及分析48-49
• 4.3.4 表面结构形成机理分析与讨论49-51
• 4.3.5 不同模压时间对铜片表面结构的影响51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 在铜片表面沉积蜡烛灰制备超疏水表面53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 实验部分53-55
• 5.2.1 实验材料53
• 5.2.2 实验仪器53-54
• 5.2.3 实验步骤54-55
• 5.2.4 实验表征方法55
• 5.3 结果分析与讨论55-62
• 5.3.1 沉积距离对蜡烛灰层表面结构及成分的影响55-57
• 5.3.2 沉积距离对蜡烛灰层表面润湿性的影响57-58
• 5.3.3 烘烤对超疏水蜡烛灰层表面润湿性的影响58-60
• 5.3.4 超疏水蜡烛灰层对非纯水液体的润湿性研究60-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 以蜡烛灰为模板在铁片上沉积铜制备超疏水表面63-74
• 6.1 引言63
• 6.2 实验部分63-65
• 6.2.1 实验材料63
• 6.2.2 实验仪器63-64
• 6.2.3 实验步骤64
• 6.2.4 实验表征方法64-65
• 6.3 结果分析与讨论65-72
• 6.3.1 蜡烛灰表面结构及润湿性65-66
• 6.3.2 铁片表面结构表征及分析66-67
• 6.3.3 铁片表面成分表征及分析67-68
• 6.3.4 铁片表面润湿性表征及分析68-69
• 6.3.5 沉积时间对铁片表面结构及成分的影响69-72
• 6.3.6 铁片表面结构形成机理分析与讨论72
• 6.4 本章小结72-74
• 第七章 结论74-77
• 参考文献77-84
• 攻读学位期间主要的研究成果84-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王凤平;闫姝均;;直接浸泡法构筑纯铜的超疏水表面[J];应用化学;2012年11期

2 龚志金;王建莉;吴丽梅;王小雨;吕国诚;廖立兵;;铜表面超疏水界面的构建与调控(英文)[J];Chinese Journal of Chemical Engineering;2013年08期

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本文编号：293570