KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 环境友好/耐久型低表面能材料的制备及其功能化研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 李永 | |
| Thesis Advisor | 张招柱 |
| 2018-05-17 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 环境友好 耐久型超疏水表面 油水乳液分离 透明自清洁涂层 多功能化 Environmentally Friendly Durable Superhydrophobic Surfaces Oil-water Emulsion Separation Transparent Self-cleaning Coating Multifunctional |
| Abstract | 超疏水材料在自清洁、油水分离、防腐蚀、防覆冰和微流体器件等众多领域具有广泛应用，近年来已成为表/界面材料领域的研究热点之一。本论文在文献调研的基础上，综述了超抗润湿性材料的发展简史、超疏水材料的理论研究及功能化研究进展。进而分析了超疏水材料在制备和功能化研究方面存在的问题。针对存在问题，通过引入自修复和整体性的策略，提高了超疏水材料的机械稳定性和耐候性，并对材料的耐久性进行了系统的评价。在此基础上，设计制备了耐久性超疏水多孔材料，研究了其在多种复杂形式油水混合物分离和环境友好型透明减反射涂层方面的功能化应用。主要研究成果如下： 1.通过一步浸涂聚四氟蜡和氟化石墨粉共混分散液的方法制备了兼具稳定性和自修复功能的超疏水织物。所得织物具有优异的超疏水性能（WCA为157.7°）、可重复的自修复功能，且可以耐砂纸摩擦和强力拉伸。文中系统评价了材料在不同环境中的耐候性。与通过微胶囊或多孔材料包覆低表面能物质的自修复超疏水材料相比，本文中避免了复杂的制备过程和昂贵、有害长链氟化物的使用，修复过程更为简单和快速。另外，织物疏水处理后不影响后续的染色工艺，这方面的研究经常被忽视。 2.通过一锅、无模板法制备了具有多级孔结构的超疏水整体聚合物，避免了繁琐的模板制备及后处理过程。制备原料无毒、价格低廉，制备方法绿色环保。文中系统研究了致孔机理，SiO2含量、温度对材料多级孔结构的影响。通过构筑多级孔结构提供了超疏水材料所需的多级粗糙结构。制备的超疏水整体材料不仅克服了传统超疏水表面机械稳定性差和易被破坏的问题，还将多孔材料的绿色可控制备与超疏水材料的耐久性相结合。 3.针对频繁的原油事故和有机污染物泄漏等导致的污染问题，首先，选取自然界中丰富的棉花为原料，负载硝酸铁后，通过一步煅烧法制备了超疏水磁性碳材料。所得碳材料对多种油或有机溶剂具有29-70倍的吸附量，磁性功能的引入有利于在外加磁场下实现目标区域油污的吸附和回收；此外，该碳材料还具有双向油水分离功能。另外，针对复杂的油水乳液，采用一锅、溶剂热法制备了多孔超疏水聚合物，通过过滤的方式实现了尺寸在微米级或纳米级油包水乳液和水包油乳液的分离，采用更为精确的气相色谱评价了分离效率。 4.针对油水混合物复杂的存在形式和材料吸附量的限制，通过聚合物相分离法制备了多孔聚合物修饰的海绵和滤纸。在反应体系中PDMS作为粘结剂并且能够诱导宏观相分离，使得聚二乙烯基苯牢固结合在基材上。超疏水海绵具有良好的机械和化学稳定性，可用于腐蚀性、高温或低温下以及流动中油水混合物的分离；另外，还可制成油水分离器，原位、大规模、连续的收集水中的油污，简化了油水分离过程，有利于污染物的回收利用，在快速应对突发油污染方面具有广阔的应用前景；超疏水滤纸还可用于多种表面活性剂稳定的油包水乳液的分离。 5.通过室温溶胶-凝胶法、喷涂及固化工艺制备了透明超疏水涂层。涂层制备过程中没有使用含氟材料和有毒物质，所得涂层具有优异的超疏水自清洁性、较高透明性和一定耐久性。此外，通过对原料和工艺的优化，制备了不需高温固化的超疏水涂层。文中系统研究了SiO2浓度、涂层的厚度、溶剂的性质等因素对超疏水性能和透明性的影响。涂层透明机理源于其表面结构能够减弱光的反射和散射。另外，涂层具有普适性且不会破坏基材的外观，在粗糙的基材上超疏水性能更为优异。涂层对常见污染物表现出良好的自清洁防污性能。重要的是，涂层可通过后修复的方式快速修复表面化学组成或形貌破坏导致的功能失效，从另一角度实现了材料的耐久性。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25249 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 李永. 环境友好/耐久型低表面能材料的制备及其功能化研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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