KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 功能化表面润湿性调控及性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 伍大恒 | |
| Thesis Advisor | 郭志光 |
| 2019-05-27 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 工学博士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 材料学 |
| Keyword | 仿生 超疏水 超双疏 超滑移 多功能性 Biomimetic Superhydrophobic Superamphiphobic Slippery Multi-functional |
| Abstract | 本论文通过探索仿生超润湿表面简便易行的构筑方法，开展了仿生超疏水、超双疏表面及超滑移表面的设计、制备、表征与性能研究的系统工作，通过简便、成本低廉的方法制备了一系列性能优异、环境适应性强的超润湿表面，并探究了这些涂层在油水分离、耐腐蚀、防污防结冰、多重修复、智能响应等方面的功能化应用。主要研究内容和结果如下： （1）通过简单的一步化学刻蚀法在常用金属基工程材料上构筑超疏水表面，分别对修饰前后的表面形貌和化学组成进行了表征分析。通过砂纸摩擦实验，紫外光照实验和酸碱测试实验考察了所制备的超疏水表面的机械耐久性和化学稳定性。并探究了其在防污自清洁，油水分离，耐腐蚀，抗结冰/疏冰等方面的多功能性。实现了超疏水金属网的高效油水分离效率和可循环利用性，深入研究了超疏水表面的耐腐蚀和抗结冰/疏冰机理。此外，当超疏水表面由于外力作用被破坏后，通过刷涂或者浸涂所制备的溶液等多种方式，实现了对表面的超疏水性的快速多次修复。 （2）通过一步水热法制备了超疏水不锈钢表面，然后旋涂全氟聚醚润滑油得到仿生超滑移表面。研究发现，在40°C下化学刻蚀60min后修饰获得的超疏水表面接触角最大为169°。不同液体在超滑移表面的滑动测试表明，液体的运动粘度越大，液体滑动的摩擦阻力越大，液体滑动速度越慢。借助于全氟聚醚油的特性，超滑移表面比超疏水表面具有更优异的机械耐久性和化学稳定性。而且，对各种水溶性和油溶性污染物均具有优异的自清洁和抗污性能。电化学测试结果表明，超疏水和超滑移表面降低了腐蚀速率，抑制腐蚀程度的恶化。经过4周浸泡后，超滑移表面抗腐蚀性能有所下降，但仍低于超疏水表面的腐蚀速率，表现出极好的耐腐蚀性能和长效腐蚀防护能力。防结冰实验结果表明，超滑移表面更有效地延缓了冰晶的形成，并具有良好的循环疏冰性能。此外，超滑移表面借助于润滑油的可流动性，具有良好的自修复能力。当润滑油爬移消耗后，表面恢复超疏水性，再次灌入全氟聚醚，超滑移特性再次被赋予，可实现超疏水和超滑移状态的循环多次转变。 （3）采用化学共沉淀法制备了磁性Fe3O4纳米粒子，通过全氟辛基三乙氧基硅烷修饰后显著增强了其在有机溶剂中的分散性。将修饰后的磁性纳米粒子，与PDMS和ODA配成混合溶液，进一步通过浸涂和喷涂的方式构筑了超疏水表面，并具有优异的机械耐久性和化学稳定性。超疏水表面还具有高效的油水分离效率和可控吸油性能。当超疏水表面被外力破坏后，通过加热、挤压、近红外光照射等方式，可快速恢复超疏水性能，并可实现多次循环修复。此外，利用Fe3O4纳米粒子的光热效应，一方面可实现表面超疏水性的可控修复，获得了梯度化和图案化的润湿性表面；另一方面利用Marangoni效应，在近红外光和聚焦可见光下均可实现物体运动的可控操作，这为仿生智能响应的超润湿材料的制备和研究提供了新的思路。 （4）以甘油和乙醇作为溶剂，采用溶剂热法将Fe3O4磁性纳米粒子包覆，制备了海胆状Fe3O4@TiO2核壳结构纳米粒子。经过全氟辛基三氯硅烷修饰后，得到了多功能的超双疏Fe3O4@TiO2纳米粒子。对Fe3O4@TiO2核壳结构纳米粒子的形貌和成分进行了分析，并测试表明纳米粒子具有优异的超双疏性能，对有机溶剂，如甘油，二氯乙烷，正十六烷均有疏液性能。进一步利用聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）在各种材料表面制备了稳定性强的超双疏涂层，该涂层具有优异的机械耐久性和化学稳定性，同时还具有自清洁防污、阻燃和自修复性能。此外，利用Fe3O4@TiO2核壳纳米粒子的磁响应和光响应的双重特性，在紫外光下实现了超双疏表面与超双亲表面的可逆循环转变；将纳米粒子制备成磁性液体弹珠后，可实现液滴的无损运输，并利用磁场进行回收，具有良好的可控操作性，这有助于研究和开发多重响应性的仿生智能超润湿材料。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25304 |
| 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 | 伍大恒. 功能化表面润湿性调控及性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2019. |
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| 201958伍大恒.pdf（8754KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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