仿生超疏水表面的制备及其润湿性研究

第一章绪论 (1)

1.1自然界中的超疏水现象 (1)

1.2超疏水理论 (4)

1.2.1 表面自由能 (4)

1.2.2表面粗糙度 (4)

1.2. 3动态表征 (8)

1.2.4 前进角和后退角 (9)

1.2.5 三相接触线 (10)

1.3超疏水表面的制备方法 (11)

1.3.1 相分离技术 (11)

1.3.2 模板法 (12)

1.3.3 沉积法 (12)

1.3.4 溶胶-凝胶法 (13)

1.3.5溶液浸泡法 (14)

1.3.6电纺法 (14)

1.4超疏水应用前景 (15)

1.4.1 建筑领域 (15)

1.4.2 服装纺织领域 (15)

1.4.3 液体输送 (16)

1.4.4 生物医学 (16)

1.4.5 交通运输工具 (16)

1.5目前研究中存在的主要问题 (16)

1.6选题依据及研究思想 (17)

第二章仿生-再造超疏水表面的制备 (19)

2.1引言 (19)

2.2实验部分 (20)

2.2.1 仿生-再造超疏水表面的制备 (20)

2.2.2 表征方法 (20)

2.3结果与分析 (21)

2.3.1 紫叶小檗表面的微观形貌及疏水性。 (21)

2.3.2 紫叶小檗负结构的微观形貌及疏水性。 (22)

2.3.3 仿生-再造超疏水表面的微观结构及疏水性。 (23)

2.3.4 仿生-再造超疏水表面的耐酸碱性 (24)

2.4本章小结 (25)

第三章透明超疏水玻璃的制备 (26)

3.1引言 (26)

3.2实验部分 (28)

3.2.1 透明超疏水玻璃的制备过程 (28)

3.2.2 实验的表征方法 (30)

3.3结果与分析 (31)

3.3.1 退火温度对样品的影响 (31)

3.3.2 氨水催化条件下对样品性质的影响 (32)

3.3.3 盐酸催化条件下沉积二氧化硅时间对样品性质的影响 (35)

3.3.4不同条件下摩擦性测试 (37)

本章小结 (39)

第四章二氧化硅凝胶作为缓冲层的透明超疏水玻璃的制备 (40)

4.1前言 (40)

4.2实验部分 (41)

4.3结果与测试 (42)

4.3.1 不同条件下的溶胶凝胶法制得二氧化硅凝胶的形貌 (42)

4.3.2 加入缓冲层前后制得的透明超疏水玻璃的形貌及其透光率 (43)

4.3.3 加入缓冲层前后超疏水玻璃的耐摩擦性测试 (44)

本章小结 (46)

第五章总结与展望 (47)

5.1总结 (47)

5.2展望 (48)

参考文献 (49)

攻读学位期间公开发表的论文及专利 (54)

致谢 (55)

仿生超疏水表面的制备及其润湿性研究第一章绪论

第一章绪论

固体表面的润湿性研究主要是研究在固体表面的液体形态、特殊性能、沾附程度及其应用。从热力学观点看，当液体与固体接触之后，体系的表面自由能倾向于降到最低。润湿性可以通过液体在固体表面的接触角来衡量。通常，将固体表面与水的接触角小于90°的表面称为亲水表面，接触角大于等于90°的表面为疏水表面。其中，与水的接触角小于10°的表面为超亲水表面，而与水的接触角大于150°的表面为超疏水表面。目前，润湿现象中的超疏水表面和超亲水表面因其独特的性能和潜在的应用价值正逐渐引起人们的广泛关注。超疏水性表面自清洁的基本原理是在低表面能物质表面构筑粗糙结构或者在粗糙结构表面修饰低表面能物质，使水滴可以在其表面呈球状并易于滚动，滚动的同时将表面的灰尘沾附在水滴并带走。具有超疏水性的表面不仅具有自清洁性质，其在防水防雾、防腐蚀、无损液滴传输等方面也具有极大的应用前景。因此具有超疏水性能的特殊浸润性表面是近年来的研究热点。

1.1 自然界中的超疏水现象

(a)(b)

图1.1 （a）荷叶表面水滴形貌，（b）荷叶表面微观结构图[7]。

自然界中许多生物的结构表面显示出超疏水性，如荷叶的“出淤泥而不染”，水黾可以在水面自由的行走。只要仔细观察就会发现，当水滴到荷叶表面时会形成球形水珠，如图1.1（a）所示，这些水珠不能稳定地停留在荷叶表面，只要稍微摆动或倾斜表面，水珠便会从表面滚落，水珠滚落的同时会将荷叶表面的灰尘等污染物带走，