超疏水-亲水铁电涂层的制备及其表面浸润性的研究

摘要

浸润性是固体表面的一个重要特征。它在人们生产和生活中起着重要作用并被广泛应用，因此，从一些具有特殊性质的材料出发，研究和开发其表面浸润性，制备出从超疏水到亲水变化的材料表面，这对进一步分析和揭示固体表面浸润性产生机制，提高材料的应用性能，拓展材料的应用领域有着重要的理论和实际应用价值。 本论文采用一种自主开发的涂层制备方法，通过控制制备工艺过程，制备了表面浸润性从超疏水到亲水变化的铁电涂层；并对涂层表面浸润性及表面微观结构进行了测量和表征，分析了影响涂层表面浸润性的因素及表面浸润性的成因；研究了铁电疏水涂层对外场的响应；开发了简单高效的超疏水表面制备工艺。主要内容包括： 1.用溶胶-凝胶法制备了CaBi4Ti4O15等纳米铁电粉体，将制备的粉体与自制聚丙烯酸酯胶混合并经过研磨，涂抹，退火和特殊环境放置等工艺得到了浸润性稳定的干涂层表面。 2.用接触角测量仪测量了涂层表面的静态接触角，并用SEM对涂层表面的形貌进行了观察，研究了不同退火温度下涂层表面微观结构变化对表面浸润性的影响，结果表明：涂层表面晶粒和孔洞尺寸变化是导致其表面浸润性从超疏水到亲水变化的主要原因，而包含纳米颗粒的阶层结构导致亲水CaBi4Ti4O15涂层表面呈现出超疏水性。 3.研究了CaBi4Ti4O15涂层表面气体吸附对表面浸润性的影响，实验表明低气压环境有利于涂层表面气体的吸附和表面疏水性的恢复。 4.通过实验观测了疏水铁电涂层表面浸润性对电场的响应，研究了涂层表面液滴在电场作用下所受的力及其响应过程，实验结果显示，高压下，液滴中一部分薄液层沿对电极方向从主体中分离出来，在滴油表面上，还可以观察到液滴在力梯度作用下沿电极方向往复运动，本文认为液滴中Maxwell应力梯度分布是导此现象的主要原因。 5.以纳米铁电粉体和有机胶为原料，结合构造表面精细结构和表面修饰的途径，开发出简单，高效的超疏水涂层制备工艺，制备的干涂层无须干燥箱中保存处理就可显示出超疏水特性，结果表明：微纳米相结合的超亲水阶层结构表面，只需用弱疏水性物质修饰就能立即显示超疏水特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1表面热力学基础

1.1.1表面张力与表面能

1.1.2润湿现象

1.1.3接触角理论

1.2超亲水及超疏水表面的应用

1.3超亲水表面技术研究进展

1.4超疏水表面技术研究进展

1.5论文选题依据和主要内容

第2章纳米铁电涂层的制备与表征

2.1铁电材料和CaBi4Ti4O15铁电体

2.1.1铁电材料及其应用

2.1.2 CaBi4Ti4O15铁电体简介

2.2 CaBi4Ti4O15铁电薄膜和纳米铁电粉体的制备

2.2.1薄膜的制备

2.2.2纳米粉体制备

2.3温度系列铁电涂层的制备与表征

2.3.1铁电纳米涂层的制备

2.3.2涂层表面性能表征

2.4 CaBi4Ti4O15涂层表面浸润性机理探讨

2.5涂层表面气体吸附对浸润性影响的研究

2.5.1固体表面气体吸附实验

2.6本章小节

第3章电场对CaBi4Ti4O15涂层表面浸润性的影响

3.1电致浸润实验模型

3.2实验部分

3.2.1实验结果

3.2.2结果分析

3.2.3加电场涂层表面液滴变化、运动驱动力的研究

3.3本章小结

第4章新型超疏水表面的构造

4.1有机胶修饰超疏水铁电涂层的制备

4.1.1方案一超疏水表面的制备

4.1.2方案二超疏水表面的制备

4.2本章小结

第5章总结

5.1主要研究工作和实验结果总结

5.2本论文创新点

5.3存在的不足和未来工作展望

参考文献

硕士期间发表和完成的论文

致谢