超疏水性纳米界面材料的制备及研究

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浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的。超疏水性表面是指水在固体表面的接触角大于150°的表面。构建超疏水性纳米结构表面在表面化学和材料化学等基础研究及工农业生产中都有着极其重要的研究意义及非常广阔的应用前景。本论文中,采用简单方法成功制备了类“壁虎的脚”的对水滴具有高粘滞力的超疏水性纳米界面材料以及类“菜花”状的对水滴具有低粘滞力的超疏水性纳米界面材料。研究表明,纳米结构及微米-纳米复合结构对超疏水性及超疏水性表面与水滴之间的粘滞性有着重要的影响。1.采用模板覆盖法,首次制备了对水滴具有高粘滞力的超疏水性阵列聚苯乙烯(PS)纳米管膜。研究表明,该 PS 纳米管膜表面具有超疏水性,与水的接触角可高达162.0°,且水滴在阵列PS 纳米管膜表面不滚动,对水滴具有高的粘滞力。本文首次测量了水滴与固体表面之间的粘滞力,与其他超疏水表面相比,阵列 PS 纳米管对水滴具有很高的粘滞力。这种类似于“壁虎的脚”性能的具有高粘滞力的超疏水性纳米界面材料,将在无损失液体的传输 I<WP=122>中文摘要和微量液体的测试方面具有广泛的应用前景。 2.利用模板覆盖方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米棒膜,该膜表面在没有任何低表面能物质修饰时即具有超疏水性,与水的接触角高达152.0°。研究表明,PMMA 纳米棒膜表面的空气对超疏水性引起了重要的作用。 3.首次利用激光刻蚀的方法制备了类“菜花”状的具有低粘滞力的超疏水性微米-纳米复合结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜。该复合膜表面具有超疏水性,与水的接触角高达165.2°,且滚动角(<5°)非常低。对粗糙PDMS膜表面与水滴之间的粘滞力的测量研究表明,该膜与水之间的粘滞力非常小,和平滑 PDMS 膜与水滴之间的粘滞力相比,其粘滞力大大减少。超疏水性PDMS 表面对水滴具有低粘滞力,是由于材料本身的低表面能性能与其表面的微米-纳米分级结构共同作用的结果。 4.从超疏水性的印章角度出发,首次利用软模板印刷的方法,以微米-纳米复合结构的PDMS 为软模板,在聚苯乙烯表面上成功制备了同样具有微米-纳米复合结构的超疏水性表面,与水的接触角高达 161.2°。软模板印章的方法可以用在其他热塑性聚合物如聚丙烯﹑聚甲基丙烯酸甲酯﹑聚碳酸酯等上,是一种简单有效地制备超疏水性材料的方法。
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