铝化合物特殊形貌无机膜的制备及其润湿性能的研究

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近年来,超疏水材料因其特有的性质可广泛应用于自清洁、防腐蚀、减阻以及油-水分离等各个领域。由无机特殊形貌与有机低表面能物质的修饰相结合的方法在超疏水材料的制备领域里有着广阔的前景。目前,无机特殊形貌的形成机理和制备条件对比表面结构形成的影响都缺乏系统性的研究。勃姆石因易于构造丰富形貌的特点利于制备超疏水材料,但关于其在双疏材料方面的研究却鲜见报道。此外,无机体系因原料低廉易得,形貌丰富而在双疏材料中显示了突出的优势,新体系的开发也是该类材料研究的热点。本文主要以Al(NO33·9H2O、Al2(SO43·18H2O等为铝源,Na HCO3、Na2SO4和Na3PO4等为沉淀剂,通过一步水热法成功在基材上制备出具有特殊形貌和高比表面结构的薄膜,再经简单的低表面能物质的修饰后,即可得到同时具有超疏水和疏油性能的双疏样品薄膜。该制备方法工艺简单、易于操作且成本低。采用XRD、SEM、FTIR、接触角测试等多种表征手段研究形貌的形成机理以及制备条件对材料形貌和性能的影响。结果表明,当以Al(NO33·9H2O为铝源、Na HCO3为沉淀剂制备勃姆石薄膜时,水热反应时间、沉淀剂的浓度和水热反应前混合溶液的p H值对于勃姆石纳米微晶的生长及形貌的形成有着重要的调控作用,而一定浓度范围内的表面活性剂和基板上羟基的存在也对勃姆石的生长起到了一定的导向作用。在这些条件下,经低表面能修饰后所得样品大多显示出较好的超疏水及疏油性能。当以Al2(SO43·18H2O为铝源,Na HCO3、Na2SO4和Na3PO4等为沉淀剂时,制备出了一种新型Na Al3(SO42(OH)6薄膜。该薄膜受水热反应前混合液p H值的影响,其形貌产生了明显的变化。经低表面能的修饰后,所得样品大多有着较好的超疏水及疏油性能,但在p H值的调控下,所得样品的疏油性能较差。此外,通过探究反应物中的阴离子,可知沉淀剂阴离子价态较高更利于高比表面形貌的形成,而SO42-的存在不仅对样品形貌有着调控作用,对产物的化学组成也有着重要的影响。
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