基于木质结构模板的超疏水表面的制备及性能研究

摘要

润湿性作为固体表面的一种重要特性，主要由固体表面的化学成分和其微观形貌共同决定的。近年来，受“荷叶效应”的启发，接触角大于150°且具有低的滚动角及低黏附力的表面越来越受到人们的重视。目前，人们通过模仿超疏水表面的微观结构的方法已经制备出了许多具有超疏水性能的表面。所采用方法的主要有以下几种:激光刻蚀法、等离子体刻蚀法、阳极氧化法、机械加工法、气相沉积法、静电纺纱法、电化学沉积法、聚电解质交替沉积法等。然而，现有的这些制备方法大多数是靠单纯的模仿，难以制备出性能优良的超疏水表面。我们知道自然界中存在着很多的超疏水现象，因此以自然界中的生物为模板通过遗态的方法制备高度保留有生物内部结构的超疏水表面，为制备超疏水材料提供了一种新的思路。在本实验中我们选取了自然界中常见的几种木材为原料，通过遗态的方法得到了生物态的炭;将制备得到的炭浸渍不同的溶液中，高温烧结下溶质得到分解，生成我们需要的目标产物;采用氟硅烷修饰后得到了性能优良的超疏水表面。
　　在本研究课题中，我们主要采用了两种方法，制备出了ZnO、Cu和Si基超疏水表面。
　　(1)采用自然界中的柳桉、白松以及水曲柳为生物模板，通过浸渍溶液烧结的方法制得了保留有木质材料原有结构的生物态Cu/C，ZnO/C样品;其表面经过氟硅烷修饰以后表现出了优异的超疏水性能;同时，分析工艺参数的改变对样品表面接触角的影响;从中总结出制备超疏水表面的最佳工艺条件。
　　(2)以单晶硅为基底，采用木质结构材料金属辅助化学刻蚀的方法，制备出了具有表面柱状阵列结构的单晶硅粗糙结构，经氟硅烷浸渍处理后，得到了硅基超疏水表面，接触角达到了160°。在反应过程中模板法制得的生物态Ag充当催化剂的作用，加速腐蚀反应的进程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 超疏水表面的形貌特征

1．2．1 表面修饰低表面能物质

1．2．2 超疏水表面的粗糙结构

1．3 超疏水表面的理论基础

1．3．1 Wenzel模型

1．3．2 Cassie模型

1．3．3 过渡模型

1．4 超疏水表面制备方法分类

1．4．1 模板印刷法

1．4．2 光刻技术微加工法

1．4．3 气相沉积法

1．4．4 溶胶凝胶法

1．4．5 机械加工法

1．4．6 相分离法

1．4．7 腐蚀法

1．4．8 其他方法

1．4．9 遗态方法

1．5 超疏水表面的应用前景及其展望

1．5．1 超疏水表面的应用前景

1．5．2 展望

1．6 选题依据及研究内容

2 实验部分

2．1 制备方法

2．2 性能表征

2．3 实验所需药品及仪器

2．3．1 实验所需药品

2．3．2 实验所需主要仪器

3 炭素材料的性能分析

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 晶体结构分析

3．2．2 表面形貌和成分分析

3．2．3 表面浸润性分析

3．3 本章小结

4 ZnO／C超疏水表面的性能研究

4．1 引言

4．2 结果与讨论

4．2．1 晶体结构分析

4．2．2 表面形貌分析

4．2．3 表面成分及其分布分析

4．2．4 红外分析

4．2．5 疏水性能分析

4．2．6 以其他木质结构材料为模板制备ZnO／C超疏水表面

4．2．7 本章小结

5 Cu／C超疏水表面的性能研究

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 晶体结构分析

5．2．2 表面形貌分析

5．2．3 表面成分分析

5．2．4 红外分析

5．2．5 疏水性能分析

5．2．6 以其他木质结构材料为模板制备Cu／C超疏水表面

5．2．7 本章小结

6 单晶硅基超疏水表面的制备及其性能研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 实验所需主要的原料和试剂

6．2．2 实验所需主要的仪器

6．2．3 试样的制备方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 晶体结构分析

6．3．2 表面形貌及成分分析

6．3．3 红外分析

6．3．4 疏水性能分析

6．3．5 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况