铜基仿生超疏水表面的制备方法及润湿性能研究

发布时间：2021-02-25 19:04

　　在自然界中许多动植物都表现出超疏水性,最常见的就是“出淤泥而不染”的荷叶、将露水凝结成珠的稻叶、雨打不湿的蝴蝶翅膀等等,科研工作者通过仿生技术,将这种特殊的表面润湿现象应用到诸如自清洁、油水分离、防霜冻和耐腐蚀等方面。本文通过模仿稻叶和荷叶的微观结构来制备超疏水表面,所选材料为金属铜,铜具有良好的导电导热性、耐腐蚀等优良性能,在半导体、建筑等工业生产中普遍应用,具有广阔的发展和应用前景,所以,研究它具有现实意义和应用价值。目前制备超疏水表面的方法众多,比如电化学沉积法、模板法、溶胶凝胶法等,在众多方法中,基本都是先在材料表面构造一定的粗糙度,然后用低表面能的物质进行修饰,尤其是在金属材料表面构造超疏水表面,因其具有较高的表面能,更需要借助外来修饰剂进行表面处理,所以很少有人能直接在金属表面构建超疏水表面,而本文所采取的方法就可以不加修饰剂直接制备铜基超疏水表面,因此更具有理论研究价值。本文通过划刻法与电刷镀相结合、激光加工法两种方法在金属铜表面成功制备出超疏水表面,通过扫描电子显微镜进行微观形貌观察,通过X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪进行结构和成分检测,通过光学接触角测量仪进行接触角... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：106 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 固体表面的浸润性
        1.2.1 表面润湿性的相关概念
        1.2.2 光滑表面的Young理论
        1.2.3 粗糙表面的Wenzel理论
        1.2.4 粗糙表面的Cassie理论
        1.2.5 Cassie-Wenzel过渡态
    1.3 自然界中的超疏水现象
        1.3.1 荷叶
        1.3.2 稻叶
        1.3.3 蝴蝶翅膀
        1.3.4 水黾腿
    1.4 超疏水表面的制备方法
        1.4.1 电化学沉积法
        1.4.2 模板法
        1.4.3 溶胶凝胶法
        1.4.4 激光加工法
    1.5 超疏水表面的应用
        1.5.1 在自清洁方面的应用
        1.5.2 在抗腐蚀方面的应用
        1.5.3 在流体减阻方面的应用
        1.5.4 在油水分离方面的应用
    1.6 选题的来源与意义
第2章 超疏水样品的制备与表征
    2.1 引言
    2.2 实验所需材料与设备
        2.2.1 实验所需材料
        2.2.2 实验所需设备
            2.2.2.1 机械划刻设备
            2.2.2.2 激光加工设备
            2.2.2.3 电刷镀设备
    2.3 超疏水铜膜的制备
        2.3.1 基体的预处理
            2.3.1.1 机械划刻
            2.3.1.2 激光加工
        2.3.2 电刷镀处理
            2.3.2.1 电刷镀镀液配制
            2.3.2.2 电刷镀基本原理
            2.3.2.2 电刷镀基本工艺过程
        2.3.3 热处理
    2.4 样品表征
        2.4.1 样品表面形貌分析
        2.4.2 样品晶体结构分析
        2.4.3 样品化学成分析
        2.4.4 样品润湿性能分析
        2.4.5 样品耐腐蚀性能分析
第3章 划刻法与电刷镀相结合制备超疏水表面及润湿性研究
    3.1 引言
    3.2 超疏水铜膜的制备
        3.2.1 机械划刻与电刷镀相结合制备超疏水铜膜
        3.2.2 激光标刻与电刷镀相结合制备超疏水铜膜
    3.3 超疏水铜膜的表征分析
        3.3.1 表面微观形貌分析
        3.3.2 晶体结构和成分分析
        3.3.3 润湿性能分析
            3.3.3.1 静态润湿行为分析
            3.3.3.2 动态润湿行为分析
    3.4 本章小结
第4章 激光加工制备具有纹理结构的超疏水表面及应用分析
    4.1 引言
    4.2 超疏水样品的制备
    4.3 超疏水样品的表征分析
        4.3.1 表面微观形貌分析
            4.3.1.1 标刻步长对表面形貌的影响
            4.3.1.2 标刻功率对表面形貌的影响
            4.3.1.3 标刻速度对表面形貌的影响
        4.3.2 晶体结构和成分分析
        4.3.3 润湿行为分析
            4.3.3.1 标刻参数对润湿性的影响
            4.3.3.2 热处理时间对润湿性的影响
            4.3.3.3 液滴大小及压缩液滴对润湿性的影响
        4.3.4 超疏水表面应用分析
            4.3.4.1 超疏水表面的自清洁效应及机理分析
            4.3.4.2 超疏水表面冰雪融化测试
            4.3.4.3 超疏水表面低温滴水试验分析
            4.3.4.4 超疏水表面耐腐蚀性能分析
    4.4 本章小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及攻读硕士期间的科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Residual stress induced wetting variation on electric brush-plated Cu film[J]. 孟可可,江月,江忠浩,连建设,蒋青.  Chinese Physics B. 2014(03)
[2]Biological coupling anti-wear properties of three typical molluscan shells—Scapharca subcrenata, Rapana venosa and Acanthochiton rubrolineatus[J]. TIAN XiMei, HAN ZhiWu, LI XiuJuan, PU ZhaoGuo & REN LuQuan* Key Laboratory of Bionic Engineering of Ministry of Education, Jilin University, Changchun 130022, China.  Science China（Technological Sciences）. 2010(11)
[3]软模板印刷法制备超疏水性聚苯乙烯膜[J]. 金美花,廖明义,翟锦,江雷.  化学学报. 2008(01)
[4]从自然到仿生的超疏水纳米界面材料[J]. 江雷.  科技导报. 2005(02)
[5]超疏水性纳米界面材料的制备与研究(英文)[J]. 冯琳,江雷.  中国科学院研究生院学报. 2005(01)



本文编号：3051435