有序多孔膜表面浸润性和粘附性能研究

发布时间：2017-09-22 07:16

  本文关键词：有序多孔膜表面浸润性和粘附性能研究

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【摘要】：浸润性能是材料表面的重要性能,与吸附、润湿、粘合、分散和摩擦等物理化学过程密切相关,在科学研究和实际应用中都有重要的价值。有序多孔膜表面具有结构规整、孔径均一的特点,在光学器件、精密过滤、细胞培养、模板材料、超疏水表面等领域有着潜在应用价值,表面浸润性能和粘附性能对其实际应用具有重要影响。本文以聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯嵌段共聚物制备的有序多孔膜为研究对象,研究了该有序多孔膜表面的改性以调控其浸润性和粘附力,着重研究了有序多孔膜在改性前后的浸润性能和黏附性能的变化规律,以期为有序多孔膜的可控表面功能化及实际应用提供理论基础。具体研究工作主要围绕以下两个方面展开：1.分别选用有序多孔膜和撕去表层获得的针垫结构表面为基底材料,以多巴胺和1H,1H,2H,2H-全氟癸硫醇对膜表面进行疏水改性,获得了具有可调粘附力的超疏水表面。探讨了沉积步骤、反应时间、反应物浓度等因素对改性效果的影响,并对膜表面形貌和化学组成进行了表征。研究了有序多孔膜及针垫结构表面在超疏水改性前后的浸润性能和粘附性能变化,方便地实现了超疏水有序多孔膜表面的粘附性能的调控及水滴在所制备表面的无损转移,可望拓展有序多孔膜在微流控材料领域的应用。2.采用有序多孔膜和针垫结构表面为基底材料,以多巴胺和亲水性聚乙烯亚胺对膜表面进行亲水化改性,讨论了膜表面浸润性的变化规律,期望探究膜表面浸润性转变现象及其规律。通过探讨共沉积时间和聚乙烯亚胺浓度比例对亲水改性的影响,实现了对有序多孔膜表面不同程度的亲水化改性。研究结果表明,共沉积改性效果均匀,较好地保持了膜表面形貌；此外,通过改变共沉积时间,可以分别获得Cassie-Baxter状态的膜表面和Wenzel状态的膜表面,表明通过改变沉积时间等策略可以方便有效地调控有序多孔膜的浸润性,通过改变预浸润等条件,实现了区域选择性沉积,分别获得了表面覆盖共沉积薄层的膜和“共形”结构的膜,为区域选择性功能化提供了新途径。
【关键词】：浸润性 有序多孔膜 呼吸图 多巴胺 共沉积 超疏水 粘附力 表面修饰
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ320.721
【目录】：

• 致谢8-10
• 摘要10-11
• Abstract11-15
• 第一章 绪论15-35
• 1.1 引言15-16
• 1.2 浸润性理论基础16-21
• 1.2.1 接触角及杨氏方程16-17
• 1.2.2 Wenzel模型17-18
• 1.2.3 Cassie-Baxter模型18-19
• 1.2.4 Wenzel模型和Cassie-Baxter模型的相互转化19-20
• 1.2.5 前进角、后退角、接触角滞后和滚动角20-21
• 1.3 模型表面的浸润性能21-29
• 1.3.1 Wenzel公式和Cassie-Baxter公式的局限性21
• 1.3.2 不同几何形貌对浸润性能的影响21-24
• 1.3.3 相同几何形貌不同参数对浸润性能的影响24-29
• 1.4 有序多孔膜表面浸润性能29-32
• 1.4.1 未改性的有序多孔膜表面的浸润性能29-30
• 1.4.2 成膜物质对有序多孔膜浸润性能影响30-31
• 1.4.3 有序多孔膜表面化学改性对浸润性能影响31-32
• 1.5 课题提出与研究内容32-35
• 第二章 实验部分35-39
• 2.1 实验原材料及其预处理35
• 2.2 实验仪器设备35
• 2.3 有序多孔膜的制备及基于多巴胺的表面沉积改性35-37
• 2.3.1 有序多孔膜的制备36
• 2.3.2 针垫状有序多孔膜表面的制备36
• 2.3.3 浸润条件下有序多孔膜表面多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积改性36
• 2.3.4 不浸润条件下有序多孔膜表面多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积改性36
• 2.3.5 有序多孔膜表面疏水改性36-37
• 2.4 有序多孔膜表面亲疏水性表征37-38
• 2.4.1 水接触角测试(CA)37
• 2.4.2 表面粘附性能测试37
• 2.4.3 膜表面液滴转移测试37-38
• 2.5 有序多孔膜膜表面形态表征38-39
• 2.5.1 光学显微镜观察38
• 2.5.2 扫描电子显微镜观察(SEM)及其X射线能量色散谱38
• 2.5.3 X射线光电子能谱分析(XPS)38
• 2.5.4 表面衰减全反射红外光谱分析(FTIR/ATR)38-39
• 第三章 有序多孔膜表面超疏水改性及其粘附性能39-50
• 3.1 引言39-40
• 3.2 基于多巴胺的超疏水有序多孔膜的制备40-42
• 3.2.1 多巴胺和1H,1H,2H,2H-全氟癸硫醇的对有序多孔膜的超疏水改性40-41
• 3.2.2 反应条件的优化41-42
• 3.3 基于多巴胺的超疏水改性有序多孔膜的表征42-47
• 3.3.1 表面形貌表征42-44
• 3.3.2 膜表面化学表征44-45
• 3.3.3 膜表面浸润性的表征45-47
• 3.4 具有不同粘附性能有序多孔膜的液滴转运探索47-49
• 3.4.1 有序多孔膜表面粘附性能分析47-48
• 3.4.2 具有不同粘附性能的有序多孔膜的液滴转运探索48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积改性有序多孔膜表面50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 未改性有序多孔膜的浸润性50-55
• 4.2.1 未改性有序多孔膜的表面形貌及静态接触角50-53
• 4.2.2 未改性有序多孔膜的动态接触角53
• 4.2.3 未改性的有序多孔膜的粘附性53-55
• 4.3 多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积亲水改性有序多孔膜的浸润性55-61
• 4.3.1 多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积亲水改性有序多孔膜的表面形貌55
• 4.3.2 共沉积时间对有序多孔膜浸润性的影响55-56
• 4.3.3 聚乙烯亚胺和多巴胺比例对有序多孔膜浸润性的影响56
• 4.3.4 水滴在共沉积膜表面的浸润56-60
• 4.3.5 共沉积膜表面的粘附性60-61
• 4.4 多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积膜表面化学组成61-62
• 4.5 多巴胺/聚乙烯亚胺共沉积表面形貌调控初探62-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 全文总结66-67
• 论文主要创新点67-68
• 不足与展望68-69
• 参考文献69-76
• 作者简介及硕士期间科研成果76

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