中空多孔SiO2颗粒的制备及自修复超疏水表面的构筑

摘要

超疏水表面因其在日常生活中的广泛应用而成为工业和学术界的研究热点。然而，大多数超疏水表面存在超疏水持久性不佳、表面易脆易脱落等问题，故而制备长寿命的超疏水表面乃时事所趋。自修复超疏水表面因材料新颖独特，材料在低表面能或粗糙结构被破坏后能自动地恢复其超疏水性，故而得到了广泛的研究。本研究采用溶胶-凝胶法制备聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构的纳米颗粒，以其作为自相似网络结构的骨架，聚二甲基硅氧烷为低表面能物质修饰剂，构筑具有自修复性能的超疏水表面，主要开展了以下两方面的工作。
　　(1)采用乳液聚合法制备不同粒径的聚苯乙烯颗粒，并以其为模板，将正硅酸乙酯水解并缩合到聚苯乙烯微球表面，获得聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构颗粒。再通过四氢呋喃溶胀洗脱去除核壳颗粒内部的聚苯乙烯，得到中空多孔的二氧化硅颗粒。通过调节硅源的用量来调控中空多孔二氧化硅的壁厚，建立单分散性和中空度可调的多孔二氧化硅颗粒的制备方法。研究四氢呋喃溶胀并去除核壳颗粒内部聚苯乙烯的条件，为构筑自修复超疏水表面奠定基础。
　　(2)采用喷涂法将聚苯乙烯/二氧化硅核壳结构纳米颗粒进行组装，最后采用低表面能物质聚二甲基硅氧烷进行修饰，得到了持久且自修复的超疏水表面。采用透射电子显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察纳米颗粒的微观结构，并采用SEM和原子力显微镜测试涂层表面的微观形貌；采用X射线光电子能谱检测涂层表面的元素含量；采用视频光学接触角测量仪检测涂层的润湿性能。采用沙粒冲击检测涂层的耐磨性能；采用空气等离子体刻蚀技术检测涂层的自修复特性。探索组装不同层数核壳纳米颗粒对涂层的耐磨和自修复性能的影响，以及不同修复方式对修复性能的影响规律。研究超疏水涂层的耐磨与自修复特性的作用规律；建立构筑持久且自修复超疏水表面的制备方法。
　　研究表明，采用硬模板法制得的中空多孔二氧化硅颗粒单分散性良好，且具有良好的中空结构。采用喷涂组装法构筑的超疏水表面与水的接触角大于160°，滚动角小于10°，超疏水涂层在经过多次沙粒冲击磨擦后依旧能保持其超疏水性，且经过空气等离子体刻蚀后的涂层能在室温、加热以及四氢呋喃作用下自动修复超疏水性。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1超疏水表面的简介

1.2 自修复超疏水表面的研究进展

1.3 易修复超疏水表面

1.4 二氧化硅在超疏水表面的应用

1.5 课题的提出

2 中空多孔二氧化硅颗粒的制备及性能调控

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 小结

3自修复超疏水表面的构筑及性能研究

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 主要创新点

4.3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文目录

获奖情况

参加项目

声明