铝锌金属表面的超双疏改性及其自清洁性能

【摘要】：本文铝、锌金属为基底，采用金辅助化学湿法刻蚀法、水热法等技术手段构筑表面微纳结构，并借助气相沉积技术降低表面微纳结构的表面自由能，得到了超双疏表面，着重研究了该表面的动态润湿性和它的自清洁性能；并且利用一步喷涂法在铝锌基底上实现超双疏自清洁。论文最后探索了以硅为基底，基于油膜滑性的新型自清洁表面的制备技术。研究发现： （1）采用化学湿法刻蚀法，以中性的KCl水溶液为刻蚀液，在铝基底上得到了一种无序的、纳米级绒毛状的表面微结构。经氟硅烷（FAS）改性后，铝基表面呈超疏水高疏油性，且具有良好的自清洁特性。所制备表面对去离子水和表面张力从63mN/m的丙三醇到45.2mN/m的二甘醇范围内的油类均有抵制性，这些测试液滴在该表面上的滑动角均小于10°，显示了良好的动态润湿性。 （2）水热法在锌基底上制备的ZnO纳米棒薄膜表面呈超亲水状态，静态接触角为0°。经FAS改性后，ZnO纳米棒薄膜表面的润湿性发生了显著改变，由超亲水超亲油转变为超疏水高疏油。去离子水、丙三醇和甲酰胺在该薄膜表面上的滚动角均小于10°，显示了良好的动态润湿性。但二甘醇在该薄膜表面上的滚动角较大，动态润湿性较差。 （3）喷涂法制备的全氟辛酸铜涂层表面具有双疏性和自清洁特性。去离子水和丙三醇、甲酰胺、二甘醇油类液体在所制备涂层表面上的滚动角均小于12°，表现出较好的动态润湿性。对于表面张力只有27.5mN/m的正十六烷在该表面上的静态接触角也能达到122°，但液滴粘着在涂层表面上，不发生滚动。 （4）在硅基上制得的新型自清洁滑性预浸润表面具有优异的滑动性能和良好的自清洁性能。所有测试液滴（水和油）在该表面上的滑动角均小于10°。对于表面张力只有27.5mN/m的正十六烷液滴，滑动角仅有6.5°。 【关键词】：自清洁 超疏水 超疏油 铝 锌 动态润湿性
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG178
【目录】：

• 目录6-8
• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 固体润湿性的基本理论12-17
• 1.2.1 接触角与 Young’s 方程12
• 1.2.2 表面粗糙度12-14
• 1.2.3 接触角滞后和滚动角14-17
• 1.3 超双疏表面17-21
• 1.3.1 超双疏表面的结构设计17-18
• 1.3.2 超双疏表面的制备方法18-21
• 1.4 本论文研究背景与意义21
• 1.5 本论文研究的主要内容21-23
• 第2章 实验原理、方法及设备23-30
• 2.1 表面微纳结构的制备原理23-24
• 2.1.1 铝基底表面微纳结构的制备23
• 2.1.2 锌基底表面微纳结构的制备23
• 2.1.3 铝基底表面微纳结构的制备23-24
• 2.1.4 硅基底表面微纳结构的制备24
• 2.2 实验所用仪器与设备24-28
• 2.2.1 接触角测量仪24-25
• 2.2.2 扫描电子显微镜25
• 2.2.3 真空超紫外光刻/表面处理装置25-26
• 2.2.4 扫描探针显微镜26
• 2.2.5 X 射线衍射仪26-27
• 2.2.6 傅立叶变换显微红外光谱仪27-28
• 2.3 实验所用到的试剂28-30
• 第3章 刻蚀法制备铝基自清洁表面30-38
• 3.1 制备 Al 基超双疏表面的实验原理与实验过程30-31
• 3.1.1 实验原理30-31
• 3.1.2 实验过程31
• 3.2 实验结果分析31-37
• 3.2.1 表面形貌分析31-33
• 3.2.2 表面组织分析33-34
• 3.2.3 润湿性分析34-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 水热法制备 ZnO 自清洁薄膜38-49
• 4.1 ZnO 纳米棒薄膜的制备原理与实验步骤38-39
• 4.1.1 实验原理38-39
• 4.1.2 实验步骤39
• 4.2 反应时间和反应温度对 ZnO 薄膜表面形貌的影响39-41
• 4.2.1 反应时间对 ZnO 薄膜表面形貌的影响39-40
• 4.2.2 反应温度对 ZnO 薄膜表面形貌的影响40-41
• 4.3 ZnO 纳米棒薄膜表面的结构及元素成分分析41-43
• 4.3.1 ZnO 纳米棒薄膜表面的结构分析41-42
• 4.3.2 ZnO 纳米棒薄膜表面元素成分分析42-43
• 4.4 ZnO 纳米棒薄膜表面的润湿性能研究43-48
• 4.4.1 ZnO 纳米棒薄膜表面的超疏水性能分析43-44
• 4.4.2 ZnO 纳米棒薄膜表面的疏油性能分析44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 喷涂法制备双疏涂层自清洁表面49-59
• 5.1 双疏涂层的制备原理与步骤49-51
• 5.1.1 制备原理49-50
• 5.1.2 实验步骤50-51
• 5.2 实验结果讨论与分析51-58
• 5.2.1 双疏涂层的表面形貌分析51-52
• 5.2.2 双疏涂层 FTIR 表征52-53
• 5.2.3 液滴在双疏涂层表面上的静态润湿行为53-55
• 5.2.4 液滴在双疏涂层表面上的动态润湿性55-57
• 5.2.5 双疏涂层可修复性57-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第6章 基于表面滑性的新型自清洁表面的制备59-68
• 6.1 多孔硅的制备原理与过程60-61
• 6.2 多孔硅的表面改性61-62
• 6.3 制备滑性预浸润表面的理论基础62
• 6.4 滑性预浸润表面的制备62-63
• 6.5 多孔硅表面形貌分析63-64
• 6.6 滑性预浸润表面形貌分析64
• 6.7 滑性预浸润表面的滑动性能分析64-66
• 6.8 滑性预浸润表面的自清洁性能66-67
• 6.9 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果77-78
• 致谢78

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