基于PDMS与炭黑的超疏水涂层的制备

摘要

超疏水表面是指水滴与表面的接触角大于150°的表面。近年来，滚动角小于10°的超疏水表面由于有独特的自清洁性能引起研究者们的广泛关注，受“荷叶效应”的启发，构建超疏水表面主要有两个途径：提高表面的粗糙度和降低表面自由能。研究者们已经通过各种不同的方法在不同基底制备了多种超疏水表面，但是这些制备方法往往都有以下一种或几种缺点：依赖于昂贵的设施、使用有毒的化学试剂、步骤繁琐、可重复性差、机械强度差等，从而阻碍了超疏水表面的大规模生产和实际应用。
　　本文使用具有天然超疏水性但是结构极脆弱的炭黑和具有耐摩擦性且表面能低的PDMS作为制备超疏水表面的材料，成本低廉，制备方法简单，具有一定的实用价值。主要研究成果如下：
　　1.使用旋涂辅助法将经稀释的PDMS胶涂覆到烘烤了炭黑的玻璃基底上，烘干后得到具有高疏水角的涂层，其疏水角为148°。
　　2.在玻璃表面先旋涂一层PDMS原胶后再烘烤炭黑，然后旋涂一层经稀释的PDMS，得到的样品表面具有很好的超疏水性。
　　3.将烘烤的炭黑直接压进PDMS胶体中，得到的样品不仅超疏水，而且还有很好的耐摩擦性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 荷叶效应和自然界中的超疏水现象

1.2 表面浸润性能研究的理论基础

1.2.1 接触角及Young氏方程

1.2.2 前进角、后退角与接触角滞后

1.2.3 滚动角

1.2.4 接触角模型理论

1.3 超疏水表面的构筑方法

1.3.1 化学气相沉积法

1.3.2 相分离法

1.3.3 模板法

1.3.4 溶胶凝胶法

1.3.5 刻蚀法

1.4 超疏水表面的应用前景

1.4.1 生物医学

1.4.2 建筑领域

1.4.3 日用品与包装

1.4.4 服装领域

1.4.5 交通运输工具

1.4.6 液体传输

1.5 本文的选题思路

第二章 旋涂辅助法制备超疏水表面

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器、试剂和材料

2.2.2 玻璃基底的清洗和炭黑薄膜的制备

2.2.3 PDMS溶液的制备

2.2.4 无PDMS缓冲层的超疏水涂层制备

2.2.5 加入PDMS缓冲层的超疏水涂层的制备

2.2.6 实验的表征方法

2.3 结果与分析

2.3.1 炭黑表面的微观形貌及疏水性

2.3.2 有无缓冲层的样品形貌和超疏水性对比

2.3.3 不同稀释度和甩胶参数对样品形貌和超疏水性的影响

2.3.4 样品对液滴的黏滞力测试和样品的自清洁性测试

2.3.5 耐酸碱性

2.3.6 机械稳定性

2.4 本章小结

第三章 压力辅助法制备超疏水表面

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器、试剂和材料

3.2.2 玻璃基底的清洗及甩胶

3.2.3 炭黑的沉积和压力辅助法制备超疏水表面

3.3 结果与分析

3.3.1 甩胶参数实验结果的影响

3.3.2 砝码的重量对实验结果的影响

3.3.3 超疏水性和自清洁性

3.3.4 耐酸碱性测试

3.3.5 机械稳定性

3.3.6 两种制备方法的机械稳定性对比分析

3.4 本章小结

第四章 总结和展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢