纳米有序多孔阳极氧化铝表面润湿特性研究

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本论文首先简要介绍了描述固体表面润湿特性的几种基本理论模型,评述了这些模型存在的问题,并综述了纳米多孔阳极氧化铝(AAO)阵列膜的制备及其表面润湿特性实验研究的现状,论述了AAO阵列膜对于固体表面润湿机理研究及其对于具有特殊浸润性表面制备的重要意义。进而,本论文以“纳米有序多孔阳极氧化铝表面润湿特性研究”为题,系统总结了笔者在攻读硕士学位期间以中间润湿态模型为切入点,着重探究表面结构影响AAO阵列膜润湿性能变化规律的研究工作,主要叙及以下几方面的研究工作和研究结果:  1.首先以液滴在有序多孔阵列表面形成的中间润湿态为研究对象,对其建立模型。接着,通过测量二次阳极氧化法制备的同质AAO阵列膜表面的润湿性,发现模型预测的规律与实验观测数据相一致:一是随着纳米孔深度(或纳米孔径)的增大,接触角不断增大;二是接触角与水滴的体积无关。而后,阐明了AAO表面几何参数(孔径和孔深度)对接触角影响的主要物理机理。上述研究结果表明,孔道中的水和空气在调制体系界面自由能密度方面扮演了重要角色,水-空气-AAO体系的界面自由能密度主导了三相接触线在AAO表面的调整行为,使得水滴的润湿行为有所不同,进而呈现出各种接触角。这正是结构诱导接触角变化的主要原因。  2.首先通过二次阳极氧化法构建了异质AAO阵列膜表面。而后,分别用二次蒸馏水和1,2-二氯乙烷两种液体对其表面的润湿特性进行了测量,发现随着纳米孔径的增加,两种测液在其表面的接触角均不断增大。进一步,采用Owens二液法和Yang氏孔径法分析了其表面能的构成。发现在异质AAO表面能的构成中,表面微纳结构项的贡献约占90%,而表面化学成分的贡献约占10%。纳米孔径的增加导致了其AAO阵列膜表面能明显的降低,从而改变了其表面的润湿特性。上述研究结果表明,AAO表面能主导了三相接触线在AAO表面的调整行为,使得水滴的润湿行为有所不同,进而呈现出各种接触角。这正是结构诱导接触角变化的根本原因。
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