新型本体连续超疏水材料的制备、结构与性能及其应用的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yzx_27
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,由于超疏水材料表面具有特殊的润湿性而引起了全世界各国科研工作者的广泛关注。这种特殊的润湿性不仅能够赋予材料优异的防水性,而且在自清洁、防腐蚀、防结冰和油水分离等领域均具有广阔的应用前景。但是,由于超疏水材料表面的层级粗糙结构和低表面能组分非常不稳定,通常,在轻微的剪切力作用下,层级粗糙结构和低表面能组分很容易被破坏,致使材料易失去超疏水性,减少材料的使用期限和降低材料的使用价值,这已经成为阻碍超疏水材料实际应用的最突出的问题,因此亟待解决。虽然有些研究人员曾提出增加粘合层与添加修复剂等方法延长超疏水材料的使用寿命,但是,这些研究都只停留在二维层面,存在着一定的思维局限性,因此,目前尚未能很好地解决现存的问题。本论文力图突破当前所报道的研究思维的局限,创新性地以三维的视角为切入点,通过快速高效在材料表面和本体同时构筑超疏水结构的新方法,独创性地制备出兼具耐用性和自修复性的本体连续超疏水新材料,以解决这个突出的问题。本研究中采用了四种不同的有机聚合物(聚乙烯基三乙氧基硅烷PVTES、聚二甲基硅氧烷PDMS、聚氨酯丙烯酸酯PUA、聚环氧丙烯酸酯PEA),并结合二氧化硅(Si O2)无机填料,通过光聚合与水解缩聚联合法,设计和制备出六种具有不同特性(耐剥离性、耐磨损性、自修复性)的新型本体连续超疏水复合涂层(PVTES-Si O2、PDMS-VTES-Si O2、PUA-VTES-Si O2、PEA-VTES-Si O2、PDMS-PUA-VTES-Si O2、PDMS-EA-VTES-Si O2),深入系统地研究了各种有机聚合物对本体连续超疏水复合涂层结构和性能的影响。通过优选制备工艺,六种复合涂层均展现出优异的超疏水性。胶带剥离研究结果显示,复合涂层的表面和本体存在着类似的粗糙结构和化学组成,表明不仅复合涂层的表面具有超疏水性,而且复合涂层的本体也具有超疏水性,复合涂层拥有着本体连续超疏水性的特征。砂纸磨损研究表明,复合涂层的超疏水本体会在磨损过程中显现出来,形成新的超疏水表面,有助于复合涂层维持超疏水性,使复合涂层不会因表面被磨损而失去超疏水的功能;此外,即使复合涂层经等离子体刻蚀完全转变为超亲水的状态时,亦能采用砂纸抛光的方法,去除涂层的亲水表面,显现出其超疏水的本体,形成新的超疏水表面,较好地修复复合涂层的超疏水性能,使得自修复方式快速,高效。这种新型材料不仅延长了超疏水材料的服役期限,而且提高了超疏水材料的应用价值,有效地解决了超疏水材料现存的问题。为今后研发新型环保、耐用和功能性超疏水材料以及易修复超疏水材料提供新的研究思路和理论依据,具有重大的理论和现实意义。本论文还在本体连续超疏水复合涂层的研究基础上,创新性地采用等离子体刻蚀与图形模板联合法,进一步制备出具有超疏水/超亲水复合表面的涂层;首创性地利用超疏水材料水下反光的功能,研究了具有复合表面的涂层在水下图形显示方面的应用基础。研究结果表明,基于超疏水材料水下反光的特征,当光源照射到涂层的表面时,各种复合图形均能够成功地显示出来,并且维持着良好的光响应性和光敏感性。该工作为今后拓展超疏水材料的应用领域(海洋探索、水下运输、水面装饰)提供了一定的理论依据和研究基础。
其他文献
传统有机发光材料大都具有大共轭芳香结构,其在稀溶液或单分子状态下发光很强,而在高浓度溶液中或在聚集(纳米粒子、胶束、固体薄膜或粉末)状态下发光变弱甚至完全消失,故被称之为“聚集导致发光猝灭”(Aggregation-caused quenching,ACQ)效应。在柔性显示应用及水系环境为主的生物应用中发光材料主要以聚集态形式存在,因此,克服ACQ效应就显得十分的迫切。聚集诱导发光(Aggrega
在铝加工工业中,诸如模具铸造、半固态成形及热浸镀铝生产过程中,相应的与铝液接触的零部件(如模具、喷嘴、坩埚等)遭受铝液的熔蚀,动态熔蚀-冲蚀甚至是熔蚀-磨损,这将使得零部件的使用寿命缩短甚至失效。此外,熔蚀部件持续恶化是不可预知和控制的,因此会产生大量的维护及替换成本。所以,亟需制备出耐铝液熔蚀-磨损性能优异的铸钢。本文主要针对钢在铝液中熔蚀及熔蚀-磨损问题,研究了Cr、B、Mo、Ti元素合金化调
表面光滑磨削依赖于金刚石磨粒的出刃等齐性,但是,砂轮表面分布的微磨粒出刃形貌不规则且无法被在线识别,难以在过程中控制加工质量。因此,提出金刚石砂轮的电火花接触放电(ECD,Electro-Contact Discharge)修平修齐方法,即在微磨粒出刃高度间产生脉冲放电,由扬起切屑将放电热传递至磨粒切削界面,使金刚石磨粒刃端石墨化,达到机械热化学修平修齐,并控制脉冲放电能量,实现金属材料表面光滑磨
征,在照明和显示领域具有广泛的应用。然而,由于Mn2+离子的跃迁来自于自旋和宇称禁戒的4T1→6A1跃迁,发光效率通常较低,这在一定程度上限制了其应用。提高掺杂浓度有望增强发光效率,但是Mn2+过高浓度掺杂不仅会导致浓度猝灭,最近的研究表明在某些体系中还会产生额外的近红外发光。由于Mn2+离子吸收的能量被转换为不可视的近红外发光,导致其可见发光的效率将显著降低。对Mn2+离子近红外发光的探索与研究
随着能源和环境问题的日益凸显,具有节油、抗湿滑和高耐磨特征的绿色轮胎越来越受到广泛关注。作为绿色轮胎的主要增强填料,白炭黑需要通过硅烷偶联剂,如双-[3-(三乙氧基硅基)丙基]四硫化物(TESPT)实施原位改性,提高白炭黑在橡胶基体中的分散和增强白炭黑与橡胶基体之间的界面相互作用,才可以有效平衡优化轮胎“魔三角”性能(滚动阻力降低、抗湿滑性能提高以及耐磨性能提高三者之间的矛盾)。然而,目前硅烷偶联
稀土离子上转换发光具有发射谱尖锐、反斯托克斯位移大和光化学稳定性好等特点,已经成为当今很多领域以及交叉学科领域的研究热点,在超分辨纳米成像、信息安全和加密、温度传感、生物标记与诊疗等领域具有广阔的应用前景。近年来多层核壳结构设计的上转换纳米材料体系由于具有调控稀土元素空间分布、设计能量传递过程、调节稀土发光以及改善材料理化特性等优势,已经成为研究稀土上转换发光的重要基质载体。目前已经有很多研究报道
三维泡沫镍(Ni)基石墨烯(graphene)结构具有理想的自支撑特性,但却受制于有限的容量。以三维Ni基graphene为催化基底,通过一步水热法,在三维Ni基graphene骨架上形成二氧化锰/石墨烯/泡沫镍(MnO2/graphene/Ni)的异质结电极。MnO2的形貌随着水热反应温度的增加而呈现出纳米花状、纳米花与纳米棒的混合结构以及纳米棒状。通过循环伏安、恒电流充放电等研究方法,发现具有
过渡金属Mn2+离子属3d5电子构型,具有宽带单峰发射、波长可调、寿命长、色纯度高等独特的发光性质,在照明和显示等领域展现出重要的应用前景。然而,Mn2+不存在稳定的中间态能级且与常用敏化剂稀土Yb3+离子具有大的能级失配,Mn2+的上转换发光通常较弱或仅可在低温下获得。理论上而言,Mn2+上转换发光的实现需要Yb3+与Mn2+离子间距离足够近(~5?)以形成交换耦合Yb3+-Mn2+二聚体这一特
镁合金具有显著的轻量化优势,但其绝对强度低,室温下塑性较差,缺少有效的强化途径等因素严重阻碍镁合金的广泛应用。晶粒细化是提高镁合金强度的有效途径之一。当前超过90%的镁合金产品仍然是以铸件形式获得,而碳质孕育法是铸造Mg-Al合金最具应用前景的细化方法之一。但其细化效果不稳定,晶核易受Fe(Mn)“毒化”,并加速衰退,当前关于Fe(Mn)元素对孕育细化效果的影响机理尚未形成共识。前期研究发现Ca(
目前,OLED显示正朝着高色纯度和高分辨率的方向发展。在现有的技术中,提高电致发光色纯度的方法主要是通过滤光片或构筑特殊的光学微腔结构,但通常会降低器件的外量子效率,增大能量损失。因此,设计开发具有本征高色纯度发光的有机发光材料是提高OLED器件色纯度和分辨率的有效方法。通常有机发光分子在激发态下具有较强的电子和核的振动弛豫以及较强的振动耦合,其发射谱带比较宽,发展具有窄发射谱带的有机发光材料一直