几种金属表面纳米粗糙结构的制备及其超疏水性能

摘要

纳米材料以及微纳米复合材料的疏水特性引起了科学界的广泛关注。近期研究表明，具有超疏水性质的金属表面在自清洁、抗氧化、抗腐蚀、流动减阻及微流体无损输送等方面有着潜在的应用价值。众所周知，固体表面的润湿性能主要取决于表面形貌与表面化学组成，荷叶表面的超疏水性归因于表面上微-纳米阶层结构以及表面上蜡状物。因此可以通过改变固体表面的粗糙度与调节表面自由能来实现对其表面浸润性能的调控。基于以上研究基础，本文主要介绍了三种简便易于实现的的超疏水表面制备技术，成功地在不锈钢、铜、铁等金属基体上获得了超疏水表面。
　　 1.采用两步化学法，即温和的溶胶凝胶法与低温溶液法相结合制备氧化锌纳米棒，以此为修饰材料，使不锈钢、铁、铜表面的浸润性能发生改变。水滴在改性后的金属表面的静态接触角大于150°。结果表明：通过氧化锌纳米棒改性后的金属表面展现出了超疏水性能，通过有机物月桂酸与双叔丁基苯甲噻吩对金属表面进行二次修饰后，提高了金属表面疏水性能以及纳米棒与基底之间的结合力，通过进一步测试，改性后金属抵抗酸碱溶液以及海水的腐蚀能力都得到了增强。
　　 2.采用化学置换法在铁和铜基底上制备银超疏水结构，通过向溶液中加入络合剂硫代硫酸钠调节反应速率，得到了形貌以及超疏水性能都非常良好的银超疏水表面。通过测试，该表面与基底之间的结合力、耐海水腐蚀性能、耐酸碱性能较好；并通过月桂酸对银超疏水结构进行二次修饰，静态接触角可达到160°左右，水滴与银超疏水表面的粘附力极低，同时耐酸碱性能、抗海水腐蚀性能以及银超疏水结构与基底之间的结合力都得到了提高。
　　 3.通过化学腐蚀法，在紫铜基底上制备出了Cu(OH)2纳米针超疏水结构，纳米结构改性后的金属表面的静态接触角接近160°，水滴与超疏水表面的黏附也很低。同时，超疏水表面与基底之间具有较强的结合力，能够在一定时间内保持超疏水性能而抵抗海水的腐蚀，酸碱溶液的腐蚀。采用月桂酸进行二次修饰后，超疏水性能得到进一步提高，同时结合力、抗海水腐蚀以及耐酸碱的能力也得到了增强。在疏水管道以及海上船舶工业上有潜在的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 超疏水现象

1.2 固体表面润湿性的理论基础

1.2.1 润湿作用

1.2.2 杨氏方程

1.2.3 Wenzel模型和空气气穴模型

1.3 超疏水表面的制备方法

1.4 金属基底超疏水表面的制备方法

1.4.1 分子自组装涂层法

1.4.2 控制表面氧化法

1.4.3 一步浸泡法

1.4.4 电化学沉积法

1.4.5 阳极氧化法

1.4.6 低温溶液法

1.4.7 复合涂层法

1.4.8 模板法

1.4.9 分子自组装法

1.4.10 化学刻蚀法

1.5 课题的研究意义及主要内容

1.5.1 课题的研究意义

1.5.2 课题的研究内容

第二章 ZnO超疏水表面的制备与性能研究

2.1 实验试剂与仪器

2.2 实验流程

2.2.1 ZnO溶胶的制备

2.2.2 ZnO溶胶的稀释

2.2.3 晶种层的制备

2.2.4 ZnO纳米棒的制备

2.2.5 月桂酸的二次修饰

2.2.6 BBOT的二次修饰

2.3 样品的表征

2.4 实验结果与讨论

2.4.1 ZnO改性后金属表面的结构与性能

2.4.2 月桂酸二次修饰后金属表面的结构与性能

2.4.3 BBOT二次修饰后金属表面的结构与性能

2.4.4 基底经过酸腐蚀后金属表面的结构与性能

2.5 本章小结

第三章 Ag超疏水表面的制备与性能研究

3.1 实验试剂与仪器

3.2 实验流程

3.2.1 铁基材料银超疏水表面的制备

3.2.2 铜基材料银超疏水表面的制备

3.3 样品的表征

3.4 实验结果与讨论

3.4.1 银改性后铁板表面的结构与性能

3.4.2 银改性后铜板表面的结构与性能

3.4.3 月桂酸二次修饰后金属表面的结构与性能

3.5 本章小结

第四章 Cu(OH)2超疏水表面的制备与性能研究

4.1 实验试剂与仪器

4.2 实验流程

4.2.1 Cu(OH)：超疏水表面的制备

4.2.2 月桂酸的二次修饰

4.3 样品的表征

4.4 实验结果与讨论

4.4.1 反应时间对铜板表面形貌与润湿性的影响

4.4.2 Cu(OH)2改性后铜板的各种性能测定

4.4.3 月桂酸二次修饰后铜板表面的结构与性能

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢