防覆冰超疏水表面的制备及浸润性研究

摘要

冰雪灾害是比较严重的自然灾害，其最大危害是对建筑物及其设施或公路交通运输造成影响，因此无论是防止雨水浸入或是防覆冰，其重要领域就是超疏水表面的应用。自“荷叶效应”进入到众多科学家的眼中之后，超疏水表面的诞生引起新一轮的研究热点，这是由于它所具有的独特界面特性，就是能够将水滴拒绝于荷叶本身之外，防止外来物的进入，而这一特性在学者眼中具有重大的研究价值。本文选取最为简易的方式，去制备出不同几何尺寸的疏水表面。随后对表面形貌进行表征，观察其制备效果。然后针对不同表面进行接触角的测量，探索几何形状与尺寸对浸润性的影响规律，本文研究的主要内容与结果如下：
　　（1）为了证明通过简易的方法—即模板表面复制技术，成功地制备出不同结构的表面，令其达到疏水的效果。利用聚合物PDMS以及硅模板，通过浇铸、固化和脱模等流程成功制备出所需表面，得到的表面分辨率高，形貌良好，结果表明图案结构成功进行了转移。
　　（2）通过对不同几何尺寸模板的复制，要针对图案转移后的PDMS薄膜浸润性的研究，利用接触角测量仪检测接触角的数值，来检测表面疏水性的效果，结果表明，所有表面接触角的数值均在120°以上，均达到疏水性的要求，甚至方形表面达到超疏水性要求，接触角＞150°。
　　（3）通过几组对照试验，控制变量来分析几何尺寸是如何影响润湿性。同一形状，其接触角数值是随着结构尺寸增大或间距减小而有所增大，也就是说润湿性和结构面积或密集程度有关；若是同一尺寸，不同形状也会有所差异，得出三种结构之间疏水性存在强弱规律：圆柱＞方形＞光栅。

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摘 要

ABSTRACT

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Contents

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 超疏水表面研究现状

1.2.1 模板表面复制与纳米压印技术

1.2.2 激光与等离子体刻蚀技术

1.2.3 相分离法

1.2.4 静电纺丝技术

1.2.5 电化学聚合和沉积技术

1.2.6 溶胶凝胶法

1.2.7 溶液-化学刻蚀技术

1.2.8 气相沉积法

1.2.9 其他方法

1.3 超疏水表面应用现状

1.3.1 自清洁

1.3.2 防潮与防冰雪

1.3.3 减阻与增加载重

1.3.4 腐蚀防护

1.3.5 油水分离

1.3.6 微流体运输

1.3.7 智能型功能表面

1.4 研究内容

1.5 本章小结

2 物体表面润湿相关理论

2.1 润湿性的基本概念

2.2 静态接触角和Young理论模型

2.3 Wenzel 理论模型

2.4 Cassie-Baxter理论模型

2.5 仿生超疏水表面的相关概念

2.5.1 超疏水表面的定义

2.5.2 接触角、滚定角以及接触角滞后性

2.6 本章小结

3 疏水表面制备的方法

3.1 实验仪器及材料

3.2 实验模板几何尺寸的设计

3.3 三种结构疏水样品的制备

3.4 本章小结

4 疏水样品形貌表征及浸润性分析

4.1 疏水表面的表面形貌研究

4.2 疏水表面润湿性的研究

4.2.1 方形疏水表面接触角的测量分析

4.2.2 圆柱疏水表面接触角的测量分析

4.2.3 光栅疏水表面接触角的测量分析

4.2.4 方形、圆柱和光栅表面接触角测量对比分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 论文创新点

5.3 展望

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况

致 谢