表面浸润性是表面科学的重要研究内容之一。制备和研究特殊浸润性表面可加深对表面现象的认识,增强材料性能,扩展材料的应用范围。本文以师法自然为指导思想,分别从二维、一维和零维等角度出发,应用聚合物材料对具有特殊浸润性生物表面的微观形貌进行模仿,利用不同方法制备了超亲水、超疏水和亲水疏水图案化的二维表面、一维纤维构筑的超疏水表面以及超疏水超亲油的零维颗粒,系统研究了仿植物表面的微观结构和表面特性的相关性,并进一步拓展了仿生微结构的精确复制方法。本论文的主要研究内容和创新点如下:　　 1.二维微结构仿生聚酰胺表面的构筑与浸润性质研究　　 提出了一种简便制备聚合物超疏水表面的方法。用溶剂将聚酰胺表面溶胀,然后在非溶剂浴中引发聚酰胺相分离,制备了类似荷叶的粗糙表面。研究表明,表面溶胀的聚合物层在非溶剂中发生液液交换和重结晶,表面形成了相互连接的具有纳米级凸起的微米颗粒。该表面具有超亲水性质,通过长链烷烃的修饰,可实现从超亲水到超疏水的转变。研究了温度、溶胀时间和沉淀时间以及非溶剂种类对聚酰胺粗糙表面形貌的影响。　　 2.一维微结构聚氰基乙烯酸酯纤维的制备及其超疏水特性　　 研究了一种能在多种基底表面牢固粘附的具有纤维结构的超疏水涂层的制备方法。利用氰基丙烯酸乙酯的异相聚合机理,以氨气作为引发剂引发氰基丙烯酸乙酯单体聚合,固化后得到具有微纳米纤维表面层、微米纤维中层和致密底层的梯度结构。由于微纳米纤维层显著了减小表面与水滴之间接触面积,聚氰基乙烯酸酯表面具有高静态接触角和低接触角滞后,同时致密底层保证了得到的超疏水层与基底的紧密粘合。研究了制备过程中环境湿度与氨气量对表面形貌的影响。此种方法适用于多种基底,解决了超疏水涂层与基底粘附不牢的问题。　　 3.零维颗粒表面微结构的构筑及其疏水亲油特性　　 提出了一种制备超疏水颗粒的普适性方法,并考察了其在油水分离中的应用。利用多巴胺在碱性条件下聚合,沉积在微米颗粒表面,形成核壳结构,进而用聚多巴胺外壳原位还原生成银纳米粒子。微米颗粒和其外表面分散的纳米银粒子组合成为微纳二级结构,经低表面能物质修饰后可得超疏水且超亲油颗粒。该方法适用于从无机到有机多种材料粒子,并且可将不同尺寸和材料的粒子在同一溶液体系中改性。利用此种方法所制备的磁性超疏水颗粒可分散在油中,在磁场作用进行定向运输和分离。此外,磁性超疏水颗粒可在水下自发聚集在油水界面,形成包裹的油滴。　　 4.仿生亲水疏水图案化和仿生微结构精确复制方法研究　　 提出一种亲疏水图案化表面的简便制备方法。利用多巴胺可在多种基底上粘附以及聚多巴胺层具有亲水性质的特点,对多种疏水基底改性,制备仿甲虫背部的亲水疏水图案化表面。在平整和多孔疏水基底表面修饰,制备了疏水与亲水区域静态接触角有差异的图案化表面;在具有微纳复合结构表面修饰,可得到疏水与亲水区域静态接触角相似,接触角滞后有差异的图案化表面。此种方法适用于曲面以及柔韧性等多种表面修饰,并在集水方面具有重要应用。　　 研究了非洲菊与玫瑰花瓣的表面微结构与其浸润性。利用聚合物前驱体或溶液对两种花瓣表面复型,制备了具有反花瓣结构的PVA和PDMS表面,并进一步利用这两种表面分别制各了具有类似花瓣结构的PDMS,PS和环氧表面。通过比较相同材料制各的花瓣阴膜和阳膜,发现对于玫瑰花瓣,其阳膜的凸起结构比阴膜的凹陷孔洞疏水性更强;而对于非洲菊,其阴膜的表面接触角高于阳膜的接触角。本研究对于仿生特殊浸润性表面的设计具有一定的指导作用。