仿生微阵列超疏液表面的设计制备及应用研究

发布时间：2021-05-11 14:38

　　在人类生产生活中,表面润湿性（浸润性）具有重要意义。当液体在表面的接触角接近0°（超亲液）或者大于150°（超疏液）时,这种表面被称为超浸润表面。其中,具有液体排斥功能的超疏液表面在液滴操纵、摩擦调控、自清洁和油水分离等领域具有良好的应用潜力,受到人们广泛关注。研究表明,表面润湿性能除了受其化学组成影响外,更取决于其微观结构。然而,针对表面微观结构进行优化设计,以获得性能良好的超疏液表面来满足生产/生活需求,不仅缺乏设计依据,还往往难以达到预期效果。自然界中的许多生物,经亿万年进化,已在其体表形成了独特的微结构阵列,它们与体表化学组成一起,共同贡献于生物体表面的超疏液特性。天然生物体超疏液表面微结构阵列的自组装、自排布规律为仿生学设计提供了新的思路。近年来,用于构建微阵列超疏液仿生表面的方法不断涌现,如涂层法、模板法、激光加工、光刻和3D打印等,尽管在不同的应用环境表现出不同的优势,但也存在各自的局限性。如何更加合理地选择制备方法并进行制造约束下的仿生设计与优化,是长期以来仿生微阵列超疏液表面制造面临解决的重要问题,亦是国内外研究的前沿与热点。本论文以荷叶、玫瑰花、跳虫和猪笼草4种具有... 

【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】：172 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 润湿性基础理论
        1.2.1 润湿性表征参数
        1.2.2 接触角理论模型
    1.3 自然界中典型的超浸润表面
        1.3.1 荷叶
        1.3.2 玫瑰花
        1.3.3 跳虫
        1.3.4 猪笼草
        1.3.5 其他天然浸润表面
    1.4 仿生超疏液表面设计制造方法
        1.4.1 设计原则
        1.4.2 制造方法
    1.5 微阵列调控润湿性能
        1.5.1 润湿性静态调控
        1.5.2 润湿性动态调控
    1.6 仿生超疏液表面的应用
        1.6.1 液滴操纵
        1.6.2 摩擦调控
        1.6.3 自清洁
        1.6.4 油水分离
        1.6.5 防冰
        1.6.6 防雾
        1.6.7 抗菌
        1.6.8 其他应用
    1.7 本文主要研究内容
第2章 一步法制备超疏水涂层及应用研究
    2.1 引言
    2.2 实验材料与方法
        2.2.1 材料与设备
        2.2.2 实验设备
        2.2.3 实验方法
    2.3 超疏水涂层表面形貌及化学成分分析
        2.3.1 表面形貌分析
        2.3.2 表面化学成分分析
    2.4 表面润湿性分析
        2.4.1 二氧化硅含量对涂层润湿性影响
        2.4.2 微纳结构和化学成分对涂层润湿性的影响
        2.4.3 45#钢基涂层润湿性分析
    2.5 表面机械稳定性分析
    2.6 超疏水涂层的应用研究
        2.6.1 空气/油中自清洁
        2.6.2 油水分离
        2.6.3 摩擦调控
    2.7 本章小结
第3章 模板法制备可编辑高黏附超疏水表面及应用研究
    3.1 引言
    3.2 实验材料与方法
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验设备
        3.2.3 实验方法
    3.3 表面形貌及化学成分分析
        3.3.1 表面形貌分析
        3.3.2 表面化学成分分析
    3.4 表面润湿性及其机理分析
    3.5 表面可编辑性能分析
        3.5.1 表面微观结构可编辑性能分析
        3.5.2 表面可编辑润湿性能分析
    3.6 可编辑表面的应用研究
        3.6.1 液滴运输
        3.6.2 摩擦调控
    3.7 本章小结
第4章 自组装法制备具有可切换润湿性的超双疏表面及应用研究
    4.1 引言
    4.2 实验材料与方法
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验设备
        4.2.3 实验方法
    4.3 表面形貌及化学成分分析
        4.3.1 表面形貌及其形成机制
        4.3.2 表面化学成分分析
    4.4 表面超双疏性能及其机理分析
        4.4.1 表面超双疏性能分析
        4.4.2 表面超双疏机理分析
    4.5 可切换润湿性及其机理分析
        4.5.1 磁场响应的润湿性切换及其机理分析
        4.5.2 机械应变响应的润湿性切换及其机理分析
    4.6 超双疏表面的应用研究
        4.6.1 磁场响应的液滴运输
        4.6.2 机械应变响应的液滴运输
    4.7 本章小结
第5章 自组装@浸涂法制备超双疏与超滑表面及应用研究
    5.1 引言
    5.2 实验材料与方法
        5.2.1 实验材料
        5.2.2 实验设备
        5.2.3 实验方法
    5.3 表面形貌及化学成分分析
        5.3.1 表面形貌及其影响因素分析
        5.3.2 表面化学成分分析
    5.4 表面润湿性分析
        5.4.1 超双疏表面润湿性分析
        5.4.2 超滑表面润湿性分析
    5.5 表面稳定性分析
        5.5.1 超双疏表面化学、机械、温度稳定性分析
        5.5.2 超双疏表面压力稳定性分析
        5.5.3 超滑表面稳定性分析
    5.6 超双疏与超滑表面的应用研究
        5.6.1 超双疏表面延迟低压闪蒸结冰
        5.6.2 超滑表面运输液滴
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 研究结论与创新点
        6.1.1 研究结论
        6.1.2 主要创新点
    6.2 展望
参考文献
作者简介及在学期间科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超疏水钛合金表面的制备及其摩擦学性能[J]. 连峰,任洪梅,管善堃,张会臣.  中国有色金属学报. 2015(09)
[2]鲨鱼皮仿生结构应用及制造技术综述[J]. 刘宝胜,吴为,曾元松.  塑性工程学报. 2014(04)
[3]低压闪蒸液滴温度与相变过程的研究[J]. 刘伟民,毕勤成,杨冬,董明晓,齐方成,毕新刚.  应用基础与工程科学学报. 2005(04)
[4]碳纳米管阵列超双疏性质的发现[J]. 翟锦,李欢军,李英顺,李书宏,江雷.  物理. 2002(08)

博士论文
[1]镁合金仿生超疏水涂层的构建及耐腐蚀性研究[D]. 李大伟.吉林大学 2019
[2]仿生结构化超疏水表面的构筑与抗菌应用[D]. 李淑一.吉林大学 2018
[3]具有抗结冰功能的超疏水表面的制备及其性能研究[D]. 刘发堂.哈尔滨工业大学 2018
[4]钢基表面微纳多尺度结构的制备、表征与润湿特性研究及其在抗粘污涂层中的应用[D]. 罗松.广东工业大学 2016
[5]基于形状记忆环氧树脂超疏水表面构筑及其润湿性调控[D]. 吕通.哈尔滨工业大学 2016
[6]特殊浸润性表面的构建及其自修复性能研究[D]. 刘艳花.兰州大学 2016
[7]超疏水表面界面润湿行为与减阻特性研究[D]. 宋东.西北工业大学 2016
[8]超疏水/超双疏材料的制备及其性能研究[D]. 彭珊.华南理工大学 2015
[9]基于飞秒激光微纳米技术的仿生功能结构研究[D]. 李国强.中国科学技术大学 2015
[10]超疏水功能界面的制备及应用[D]. 王会杰.中国科学技术大学 2015

硕士论文
[1]铝合金超疏水表面制备及性能研究[D]. 宋彦霞.江苏科技大学 2019
[2]有机硅超疏水膜层的构建及性能研究[D]. 李巧.哈尔滨工业大学 2017
[3]3D打印超疏水超亲油多孔膜及其在油水分离中的应用[D]. 吕娟.西南交通大学 2017
[4]多功能超疏水抗菌材料的制备及其表面性能的研究[D]. 付昱晨.浙江大学 2017
[5]仿生超疏水及耐腐蚀镁合金表面的制备与机理[D]. 尹晓明.吉林大学 2015



本文编号：3181583