自修复超疏水膜的构筑及功能
本文关键词：自修复超疏水膜的构筑及功能 出处：《吉林大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：超疏水材料是指水滴在其表面的接触角大于150°,滚动角小于10°的材料。由于超疏水材料在自清洁、减阻、防腐蚀、防冰等领域有着广阔的应用前景,从而受到人们广泛的关注。但是超疏水材料自身的不稳定性限制了其在实际生活中的应用。如超疏水材料表面的低表面能物质在强光、氧化剂等刻蚀下被分解,或者表面的微纳米复合结构在机械摩擦或刮擦下被破坏,这些均会导致材料超疏水性能的丧失。受到自然界生物体的启发,人们将自修复的功能引入到超疏水材料中,从而提高了超疏水材料的稳定性和使用寿命。本论文主要着眼于自修复超疏水膜的制备与功能化。在第一章中,我们介绍了自修复超疏水材料的发展及面临的挑战。自修复超疏水材料主要分为两类:一类是能修复表面的低表面能物质损伤的自修复超疏水材料,修复的手段包括利用湿度诱导、加热、紫外光照射和有机溶剂刺激等;另一类是能修复表面的结构损伤的自修复超疏水材料。自修复超疏水涂层提高了超疏水材料的使用稳定性,从而被用来制备稳定的防护涂层或多功能的涂层,如自修复的自清洁织物、自修复超疏水的防火织物、自修复超疏水的光热转换材料等。虽然不同种类的自修复超疏水材料已经被制备出来,但是制备能修复大尺度结构损伤的自修复超疏水材料依然是一项挑战、而且大多数自修复超疏水材料的功能较单一、大多数自修复超疏水材料都使用了有机氟化污染物。因此,在本论文中,我们制备了能修复大尺度结构损伤的导电超疏水膜、多功能协同的自修复超疏水织物和无氟的自修复超疏水膜。这些工作进一步推动了自修复超疏水材料的发展。在第二章中,我们将银纳米线和银纳米粒子沉积到具有热修复能力的热塑性膜上,然后在表面修饰上低表面能分子,便制备出了能利用低电压和近红外光修复大尺度结构损伤的导电超疏水膜。银纳米线具有电热和光热的性能,可以有效的将电能和光能转化为热能。当超疏水膜受到划痕损伤以后,伤口处的结构被破坏,从而材料失去其超疏水性能。对损伤的膜施加低电压或照射近红外光,这时膜的温度升高,诱导底层的热修复层就行修复,同时带动上层的超疏水层一起修复,这样,利用修复功能传导的方法实现了超疏水膜结构与功能的同时修复。该膜可以修复几百微米宽的划痕造成的超疏水性能的损伤。利用低电压与近红外光进行修复,易于远程操控,并且两种方法相互辅助。这个导电超疏水膜同时具备电热性能和超疏水性能,从而具有优异的除雪性能,进一步拓展了自修复超疏水膜的应用范围。在第三章中,我们利用简单的浸蘸的方法制备出了具有抗菌性能和自修复超疏水性能的彩色棉织物。我们利用各向异性的银纳米粒子对棉织物进行染色,银纳米粒子不仅赋予了棉织物多种色彩,同时也赋予了棉织物广谱抗菌的性能。由于银纳米粒子染色的织物色牢度较差,银纳米粒子很容易在机械力的作用下从织物上脱落。为了解决这个问题,我们在彩色织物外层引入自修复超疏水层。超疏水层不仅赋予了织物自清洁的性能,同时作为阻隔层保护银纳米粒子,防止银纳米粒子在水洗及机械力的作用下脱落,从而大大提高了彩色织物的色牢度。同时,超疏水自修复的性能提高了超疏水层的使用寿命和使用稳定性。在这个多功能的织物中,各种功能并不是简单的叠加,而是相互协同的。这种多功能协同的方法为制备其他多功能的自修复超疏水材料提供了新的设计思路。在第四章中,我们利用两种无氟的聚电解质-表面活性剂复合物为构筑基元,在不同的基底上制备出了无氟的自修复超疏水层层组装膜。得益于大尺寸的聚电解质-表面活性剂复合物的使用,我们可以快速的得到具有粗糙多孔结构的层层组装膜。大量的无氟表面活性剂分子充当低表面能分子,赋予这个层层组装膜超疏水自修复的功能,并且避免了含氟物质的使用,降低了自修复超疏水膜的制备成本,降低了对环境及生物体的污染。得益于层层组装方法的多样性,我们可以在不同的基底上制备出这种无氟的自修复超疏水膜。这种原料低价易得、制备方法简单、不受基底限制的无氟自修复超疏水膜将在实际应用中深受人们的欢迎。
[Abstract]:The self - repairing superhydrophobic material is one kind of self - repairing superhydrophobic material capable of repairing large - scale structural damage . In order to solve the problem , the self - repairing superhydrophobic layer with coarse porous structure is prepared by introducing self - repairing superhydrophobic layer on the outer layer of color fabric .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2
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，本文编号：1380325
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