简谈疏水仿生超疏水功能表面制备及其性能

论文导读：
摘要：超疏水材料是一种对水具有排斥性的材料,水滴在其表面无法滑动铺展而保持球型滚动状,以而达到滚动自清洁的效果。自然界当中的荷叶是该种材料的典型代表。由于该材料的特殊浸润性,使得其在自清洁、防腐蚀、防雾、流体减阻等领域有着广泛的潜在运用。探讨发现,材料表面具有较高的粗糙度和较低的表面自由能是实现其超疏水性的两个必要条件。据此,科研人员采取多种策略来构建超疏水表面,如：溶胶凝胶法、等离子体刻蚀法、化学浴法、静电喷涂法、逐层吸附法等等,但能用于大规模运用生产的制备策略较少。本论文采取湿化学法制备出超疏水性的无机氧化物薄膜、改性油漆涂层及铝材、锌材,并对其疏水性和隐形性能进行了深入的论述浅析,具体内容如下：在第一章当中,首先对超疏水论述和自然界当中的超疏水表面接进行了简单的介绍；之后对制备有机物、无机物和金属超疏水表面的策略进行了综述；最后对超疏水表面的潜在运用进行了概括浅析。在第二章中,主要做了花状ZnO微球的制备及其浸润性探讨和对其形成机机理的探讨。采取HF作为溶液添加剂的策略,影响和制约ZnO材料的结晶生长历程,制备出由花状ZnO微球组成的薄膜。经过氟硅烷修饰后,该薄膜由超亲水性转变为超疏水性,水滴在其表面的接触角为154。,滚动角小于5。,具有良好的超疏水自清洁性。同时结合薄膜表面的结构浅析和Cassie-Baxter模型对其浸润性进行了深入的探讨,结果表明由片状ZnO组成的微球具有较大的气孔,以而使得水滴和固体表面的接触面积大大减小,加之氟硅烷的修饰使其具有超疏水的性能。然后通过转变ZnO晶体生长时间、转变HF添加量等策略对花状ZnO微球的形成机理进行了探讨,结果表明在整个成核生长历程当中,H+的主要作用是减少溶液当中成成核数量,而F的主要作用是限制ZnO沿c轴方向的生长,两种离子的协同作用造成了花状ZnO微球的产生。在第三章当中,采取ZnO颗粒作为添加剂制备出具有亚超疏水性的改性油漆涂层,水滴在其表面的接触角最高可达147。,接近于超疏水的状态。油漆本身的低表面自由能和ZnO颗粒的掺入增加了涂层表面的粗糙度这两个因素是产生亚超疏水改性涂层的主要理由。本章中对ZnO颗粒的掺入量和油漆掺入量对涂层浸润性的影响进行了探讨。结果表明,在固定油漆加入量的前提下,ZnO颗粒的增加可以增加表面的疏水性；而在固定ZnO颗粒掺入量的条件下,油漆量的增加会使得涂层表面的疏水性降低。主要理由是ZnO颗粒与油漆的比例对最终改性涂层表面结构的影响。最后通过与氟硅烷修饰后的ZnO颗粒膜的疏水性进行比较后发现,该表面没有实现超疏水状态的理由有两个：1.油漆自身的疏水性不够高；2.ZnO颗粒提供的气孔量较少。在第四章中,采取温水浸泡和氟硅烷修饰的策略制备出具有良好的超疏水自清洁性的铝片,水滴在其表面的接触角大于160°,滚动角小于5°。温水处理后使铝片表面形成纳米片组成的粗糙结构,加之氟硅烷的修饰使其具有超疏水的性能。同时文章当中还就温水浸泡的温度及浸泡的时间对铝片浸润性的影响进行了探讨,结果表明,采取90℃的温水浸泡且浸泡时间小于2小时可使铝片获得最佳的超疏水效果。在第五章当中,采取盐酸腐蚀和温水浸泡的策略,使锌片具有了微纳复合结构组成的仿荷叶表面。经过氟硅烷修饰后,该锌片显示出良好的超疏水性。同时文章当中还对盐酸腐蚀的时间对其浸润性的影响进行了探讨,结果锌表面经过盐酸处理90秒可以使最终的锌片获得最佳的超疏水性,水滴在其表面的接触角大于160°,滚动角接近于0°。在第六章中,采取盐酸腐蚀和ZnO晶体生长的策略使白铁皮具有超疏水自清洁性。同时由于ZnO纳米棒对光的散射作用使得该表面同时具有抗红外反射的隐身功能。然后采取论述计算对样品的红外反射性能做了模拟探讨,计算结果与实验结果吻合的很好。第七章对全文进行了总结,对探讨当中的不足进行总结的同时对实验结果的运用前景进行了展望。关键词：超疏水论文改性油漆论文铝片论文自清洁论文接触角论文浸润性论文微纳复合结构论文
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ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-39

1.1 浸润性的基本概念1论文导读：

3-14

1.1 接触角13

1.2 滚动角与超疏水自清洁表面13-14

1.2 自然界当中的超疏水界面14-17

1.2.1 荷叶及其表面结构15-16

1.2.2 水蛭的脚及其表面的结构16

1.2.3 西瓜叶及其表面结构16-17

1.3 超疏水论述模型17-19

1.3.1 Wenzel模型17

1.3.2 Cassie-Baxter模型17-18

1.3.3 滚动角与接触角滞后与固体形貌的联系18-19

1.4 超疏水表面的制备策略19-32

1.4.1 制备有机物超疏水表面的策略19-23

1.4.1 刻蚀法19-20

1.4.2 静电喷涂法20-22

1.4.3 相分离法22-23

1.4.4 模板法23

1.4.2 制备无机物超疏水涂层的策略23-29

1.4.2.1 溶胶凝胶法24-25

1.4.2.2 水浴-水热法25-26

1.4.2.3 逐层吸附法26-27

1.4.2.4 刻蚀法27-28

1.4.2.5 电化学沉积法28-29

1.4.3 金属(工程材料)表面的超疏水化处理29-32

1.4.3.1 化学腐蚀法29-30

1.4.3.2 机械粗糙法30

1.4.3.3 电化学腐蚀法30-31

1.4.3.4 有机物、无机物薄膜粗糙化31-32

1.5 超疏水表面的运用32-34

1.5.1 超疏水自清洁32

1.5.2 抗腐蚀32

1.5.3 减阻32-33

1.5.4 油水分离33

1.5.5 增加载重33

1.5.6 防雾防冰冻33-34

1.5.7 微流体制约34

1.6 本论文的探讨内容及作用34-36

参考文献36-39
第二章 ZnO微球的浸润性探讨及其生长机理39-59

2.1 引言39-40

2.2 ZnO材料化学溶液生长40-45

2.1 ZnO材料介绍40-41

2.2 ZnO化学溶液生长41-45

2.1 强碱溶液中ZnO的生长41-42

2.2 六次亚四胺环境下ZnO的生长42-43

2.3 离子添加剂对ZnO晶体生长的影响43-45

2.3 ZnO微球的制备、浸润性及其形成机理45-54

2.3.1 ZnO微球的制备及测试45-46

2.3.2 形貌及物象浅析46-50

2.3.3 花状ZnO微球形成机理50-52

2.3.4 HF加入量对ZnO生长的影响52-54

2.4 本章小结54-56

参考文献56-59
第三章 ZnO颗粒改性油漆涂层的制备及其浸润性的探讨59-75

3.1 引言59-60

3.2 常用油漆介绍60

3.3 ZnO改性油漆涂层的制备及其浸润性的探讨60-71

3.1 ZnO掺杂涂料的制备及测试61-62

3.2 ZnO颗粒的形貌及物相浅析62-63

3.3 ZnO颗粒的反应时间对改性涂层浸润性的影响63-65

3.4 ZnO颗粒的掺入量对改性涂层浸润性的影响65-67

3.5 油漆的掺入量对涂层浸润性的影响67-68

3.6 改性涂层的抗紫外照射性68-69

3.7 改性涂层疏水性的论述浅析69-71

3.4 本章小结71-72

参考文献72-75
第四章 铝材表面的超疏水化处理75-91

4.1 引言75-76

4.2 铝片的超疏水化处理及其浸润特性的探讨76-87

4.

2.0 样品的制备及性能测试76-78

4.

2.1 铝片在90℃温水中处理的相貌及物相浅析78-80

4.

2.2 样品的浸润性浅析80-82

4.

2.3 温水浸泡的时间对铝片超疏水性的影响82-84

4.

2.4 水温对铝片接触角的影响84-86

4.

2.5 处理过的铝片的超疏水自清洁性能86-87

4.3 本章小结87-89
参考文献89-91
第五章 两步法制备超疏水性锌片91-103

5.1 引言91-93

5.2 具有超疏水效果Zn片的制备93-100

5.

2.1 超疏水性Zn片的制备及测试93-94

5.

2.2 经过一步腐蚀和两步腐蚀后样品的形貌表征94-97

5.

2.3 样品表面的疏水性比较97-100

5.3 本章小结100-102
参考文献102-103
第六章 具有超疏水性与红外隐形性能的白铁皮的制备103-115

6.1 引言103-104

6.2 具有红外隐身和超疏水功能的白铁皮的制备及其性能探讨104-112

6.

2.1 样品制备104-105

6.

2.2 样品的形貌及其浸润性特性105-106

6.

2.3 样品的红外反射特性及其定性解释106-108

6.论文导读：6.3本章小结112-114参考文献114-115第七章总结和展望115-1187.1总结115-1167.2不足和展望116-118攻读学位期间发表论文118-119致谢119上一页123

2.4 生长ZnO纳米棒后粗糙表面的红外反射性能论述模拟108-111

6.

2.4.1 一维散射模型108-109

6.

2.4.2 二维衍射公式109-111

6.

2.5 对生长在平面上的ZnO纳米棒阵列红外反射谱的模拟111-112

6.3 本章小结112-114
参考文献114-115
第七章 总结和展望115-118

7.1 总结115-116

7.2 不足和展望116-118

攻读学位期间发表论文118-119
致谢119