利用小分子有机胺催化制备纳米二氧化硅颗粒并构筑超亲水/超疏水表面

摘要

具有特殊浸润性的材料，如超疏水/超亲水等材料因为其自清洁、防腐蚀及抗雾抗反射等性能越来越受到人们的广泛关注。SiO2纳米颗粒因为其无毒、无污染、稳定性好、分散性良好等优点而成为构造特殊浸润性表面的主要材料之一，因此本文重点考察小分子有机胺催化条件下合成颗粒粒径可控、单分散性的SiO2纳米颗粒并用于构筑超疏水/超亲水表面。
　　主要研究内容包括以下四个方面:
　　1.基于St(o)ber方法，以不同结构的小分子有机胺为催化剂合成了粒径从几纳米到500nm左右的实心/介孔SiO2颗粒，粒径大小可以通过小分子有机胺的结构予以调控。小分子有机胺与其质子化产物分别通过氢键力、静电力与核化SiO2低聚物间的相互作用可以抑制SiO2前驱体的水解及后继的聚合速度从而减小SiO2颗粒粒径。另外，链接在N原子上的烷烃链个数、长度增加导致的位阻增大也可以有效减小SiO2颗粒粒径。
　　2.分别以有机胺N,N,N',N'-四甲基-1，4-丁二胺(TMBDM)和N，N,N'，N'-四甲基-1，6-己二胺(TMHDM)为催化剂，正硅酸乙酯及六甲基二硅杂氮烷(HMDS)为前驱体成功合成了含有SiO2纳米颗粒的疏水性溶胶。采用浸渍提拉法(Dip-coating)将该疏水性溶胶一次成膜在玻璃基底上可以构筑超疏水表面，液体水在制备的超疏水表面的接触角可以达到162°且滚动角小于5°，该方法工艺简单，不需要额外的全氟硅烷疏水化处理。
　　3.进一步利用小分子有机胺为催化剂、十六烷基三甲基溴化铵为有机模板成功制备了介孔SiO2纳米颗粒。将稀释的介孔SiO2胶体颗粒通过简单的浸渍提拉法在玻璃基底上制备了具有超亲水性能的光增强透过涂层，涂覆涂层的玻璃片透过率最高可达97.3％，水在涂层上的接触角小于5°，该涂层同时具有优良的防雾性能。上述超亲水涂层经过气相沉积氟硅烷后涂层呈现出超疏水性，涂层接触角为150°、滚动角小于5°。
　　4.利用聚阴/阳离子电解质交替吸附PS球及SiO2纳米颗粒的层层自组装方法构筑表面，并用高温煅烧去除PS球后得到多层多孔SiO2纳米涂层，该表面修饰低表面能物质PDTS后呈现良好的透明超疏水性，水在涂层上的接触角高达166°、滚动角小于5°。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 超疏水现象的基本原理

1．2．1 浸润性的静态表征

1．2．2 浸润性的动态表征

1．3 超疏水表面的制备方法

1．4 单分散SiO2纳米颗粒的制备

1．5 论文的选题及研究内容

1．5．1 研究目的及意义

1．5．2 研究内容

参考文献

2 有机胺催化制备纳米SiO2颗粒

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及仪器

2．2．2 制备方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 一元胺作催化剂对SiO2纳米颗粒的影响

2．3．2 二元胺作催化剂对SiO2纳米颗粒的影响

2．4 本章小结

参考文献

3 利用TMBDM和TMHDM为催化剂制备疏水化SiO2溶胶及超疏水表面

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂及仪器

3．2．2 制备过程

3．2．3 表征手段

3．3 结果与讨论

3．3．1 FT-IR分析

3．3．2 涂层热稳定性分析

3．3．3 硅源浓度对TEOS水解的影响

3．3．4 有机胺浓度对TEOS水解的影响

3．3．5 HMDS浓度对TEOS水解的影响

3．4 本章小结

参考文献

4 介孔纳米SiO2超亲水防雾表面制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂及仪器

4．2．2 制备过程

4．2．3 表征手段

4．3 结果与讨论

4．3．1 FT-IR分析

4．3．2 涂层形貌分析

4．3．3 涂层厚度对透过率的影响

4．3．4 涂层浸润性分析

4．3．5 涂层防雾性能

4．4 本章小结

参考文献

5 层层自组装法制备超疏水表面

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂及仪器

5．2．2 制备过程

5．2．3 表征手段

5．3 结果与讨论

5．3．1 涂层形貌及浸润性分析

5．3．2 涂层FT-IR分析

5．3．3 SiO2粒径对涂层透明性的影响

5．3．4 涂层TG-DTG表征

5．4 本章小结

参考文献

6 结论

6．1 主要结论

6．2 本课题创新点

致谢

攻读学位期间发表的学术论文