具有超疏水/水下超疏油不同浸润性金属表面的制备及应用

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouqiangjian
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大自然母亲总是给我们很多启发,例如荷叶表面的水滴会保持球形无法铺展开来,当受到扰动倾斜时,水滴还可以带着灰尘等杂质自由滚动达到自清洁的效果,引起“荷叶效应”,这也是超疏水界面的典型代表;在受到原油污染的海面上,海鸟当羽毛受到污染时会使飞行能力降低进而影响生存,而水中的游鱼此时却能够独善其身,此现象也是归功于在水下鱼皮表面对油滴的排斥能力。这些具有特殊浸润性质的超疏水、超疏油界面引起科研人员越来越多的关注,他们发现,利用仿生学原理,采用微纳米加工工艺,人为地合成类似于生物表面的粗糙结构,也可在我们需要的物件上构建具有此类性质的表面。这是因为物体表面的微-纳米复合粗糙结构与较低的表面能是实现特殊润湿性材料的关键,且能很好符合Cassie-Wenzel理论;这些不同的浸润性在自清洁、抗腐蚀、油水分离、延缓结冰、防雾等方面显示出材料更广阔的应用空间。本文中研发了廉价、简单、可大规模工业化推广的一步湿化学法工艺,分别制备出具备超疏水、耐腐蚀、防结冰性质的无机工程金属及其合金表面,以及具有水下超疏油能力且可用于油水分离的铜网,并对其相关性能进行了具体分析,内容如下:第一章中,首先对浸润性及表面张力、接触角、滚动角、接触角滞后等相关概念进行了简要介绍;其次对荷叶、游鱼等自然界中的特殊浸润性表面进行了介绍:接下来具体介绍了代表性的Wenzel浸润理论、Cassie-Baxter浸润理论以及两者之间的联系:最后分别从不同角度介绍不同浸润性质表面的制备方法。第二章中,主要介绍了利用一步湿化学方法在金属铝、锌两种材料上同时制备出超疏水表面,水滴在表面呈现出了150。的接触角加之小于5。的滚动角使其具有自清洁性能。当对此方法稍加改进时,可实现对8011铝合金超疏水表面的构建。除了对它们良好超疏水能力的讨论外,同时还就耐腐蚀性、延缓结冰性,超疏水机制、8011铝合金的可逆转换性、耐紫外线照射等性能展开了详细讨论。第三章中,采用湿化学一步处理法在铜网上构建得到超亲水-水下超疏油无机网膜,该网膜在水下可使1,2-二氯乙烷达到159。的油接触角,显示出极佳的水下排油性能。此外文中还对其油水分离效率以及相关影响因素进行探究发现对于反应10s后180目的铜网可达到99.2%的分离效率;同时网膜具有较强的实用性:可抗酸碱溶液腐蚀、水流速高、可承受入侵压力大、高温下稳定性较好。经过非化学绿色处理后,网膜会成功实现原状态-超疏水-原状态的循环过程,在循环过程外不会引起大的功能衰减,这些特性使此网膜在工业、生活各方面都显示出较为乐观的应用前景。第四章中,对全文内容进行了回顾总结同时做出了展望。
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