仿生超疏水功能表面的制備及其性能研究.pdf

1、超疏水材料是一種對水具有排斥性的材料，水滴在其表面無法滑動鋪展而保持球型滾動狀，從而達到滾動自清潔的效果。自然界當中的荷葉是該種材料的典型代表。由于該材料的特殊浸潤性，使得其在自清潔、防腐蝕、防霧、流體減阻等領域有著廣泛的潛在應用。研究發(fā)現(xiàn)，材料表面具有較高的粗糙度和較低的表面自由能是實現(xiàn)其超疏水性的兩個必要條件。據(jù)此，科研人員采用多種方法來構建超疏水表面，如：溶膠凝膠法、等離子體刻蝕法、化學浴法、靜電噴涂法、逐層吸附法等等，但能用于大

2、規(guī)模應用生產的制備方法較少。本文采用濕化學法制備出超疏水性的無機氧化物薄膜、改性油漆涂層及鋁材、鋅材，并對其疏水性和隱形性能進行了深入的理論分析，具體內容如下：
　　 在第一章當中，首先對超疏水理論和自然界當中的超疏水表面接進行了簡單的介紹；之后對制備有機物、無機物和金屬超疏水表面的方法進行了綜述；最后對超疏水表面的潛在應用進行了概括分析。
　　 在第二章中，主要做了花狀ZnO微球的制備及其浸潤性研究和對其形成機機理的探

3、討。采用HF作為溶液添加劑的方法，影響和控制ZnO材料的結晶生長過程，制備出由花狀ZnO微球組成的薄膜。經過氟硅烷修飾后，該薄膜由超親水性轉變?yōu)槌杷?，水滴在其表面的接觸角為154°，滾動角小于5°，具有良好的超疏水自清潔性。同時結合薄膜表面的結構分析和Cassie-Baxter模型對其浸潤性進行了深入的研究，結果表明由片狀ZnO組成的微球具有較大的氣孔，從而使得水滴和固體表面的接觸面積大大減小，加之氟硅烷的修飾使其具有超疏水的性能。

4、然后通過改變ZnO晶體生長時間、改變HF添加量等方法對花狀ZnO微球的形成機理進行了研究，結果表明在整個成核生長過程當中，H+的主要作用是減少溶液當中成成核數(shù)量，而F-的主要作用是限制ZnO沿c軸方向的生長，兩種離子的協(xié)同作用造成了花狀ZnO微球的產生。
　　 在第三章當中，采用ZnO顆粒作為添加劑制備出具有亞超疏水性的改性油漆涂層，水滴在其表面的接觸角最高可達147°，接近于超疏水的狀態(tài)。油漆本身的低表面自由能和ZnO顆粒的摻

5、入增加了涂層表面的粗糙度這兩個因素是產生亞超疏水改性涂層的主要原因。本章中對ZnO顆粒的摻入量和油漆摻入量對涂層浸潤性的影響進行了研究。結果表明，在固定油漆加入量的前提下，ZnO顆粒的增加可以增加表面的疏水性；而在固定ZnO顆粒摻入量的條件下，油漆量的增加會使得涂層表面的疏水性降低。主要原因是ZnO顆粒與油漆的比例對最終改性涂層表面結構的影響。最后通過與氟硅烷修飾后的ZnO顆粒膜的疏水性進行對比后發(fā)現(xiàn)，該表面沒有實現(xiàn)超疏水狀態(tài)的原因有兩

6、個：1.油漆自身的疏水性不夠高；2.ZnO顆粒提供的氣孔量較少。
　　 在第四章中，采用溫水浸泡和氟硅烷修飾的方法制備出具有良好的超疏水自清潔性的鋁片，水滴在其表面的接觸角大于160°，滾動角小于5°。溫水處理后使鋁片表面形成納米片組成的粗糙結構，加之氟硅烷的修飾使其具有超疏水的性能。同時文章當中還就溫水浸泡的溫度及浸泡的時間對鋁片浸潤性的影響進行了研究，結果表明，采用90℃的溫水浸泡且浸泡時間小于2小時可使鋁片獲得最佳的超疏水

7、效果。
　　 在第五章當中，采用鹽酸腐蝕和溫水浸泡的方法，使鋅片具有了微納復合結構組成的仿荷葉表面。經過氟硅烷修飾后，該鋅片顯示出良好的超疏水性。同時文章當中還對鹽酸腐蝕的時間對其浸潤性的影響進行了研究，結果鋅表面經過鹽酸處理90秒可以使最終的鋅片獲得最佳的超疏水性，水滴在其表面的接觸角大于160°，滾動角接近于0°。
　　 在第六章中，采用鹽酸腐蝕和ZnO晶體生長的方法使白鐵皮具有超疏水自清潔性。同時由于ZnO納米棒對