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浸润性是固体表面的基本属性之一,固体表面的润湿性能是主要由两个因素决定:一个是其表面的化学成分,另一个是其表面形貌。人们从自然界界荷叶表面、水黾的脚以及壁虎的脚得到启示,模仿这些动植物的表面结构已经制备出了具有优异超疏水性能的表面,并把这些表面广泛的应用到我们日常的生活中。像建筑玻璃上的自清洁表面等。 由于有机物具有较低的表面能,只需通过构造形貌就可以达到超疏水,所以人们的注意力一开始都聚集在有机物表面的超疏水研究。随着研究的进一步深入,通过构造形貌加低表面能有机物修饰在金属和半导体氧化物表面构造超疏水慢慢得到了研究。铜是我们日常生活中的常用金属,被广泛的应用在铜包线、散热翅片等方面。但是,温度较低时,水滴滴在铜表面就会在其表面结冰结霜。前些年的一场冰雨造成的停电就给我们的日常生活造成了巨大的破坏力。如果这些电线表面具有良好超疏水性能,当雨滴滴在这样的表面,水滴就可以很快速的滚落,不会在这些表面产生粘连,就不会形成冰锥,从而大大的降低其破坏力。同时铜在飞机轮船上也有广泛的应用,当低温结冰后,会造成不可估算的后果。还有散热翅片上聚集水滴以后,会大大的增加其能耗。如果能改变其浸润性,就可以极大的降低能耗。所以其表面的润湿性是个很关键的需要解决的问题。 本文研究内容如下: 1.通过化学反应的方法,在铜表面制备了不同形貌的氧化亚铜、氧化铜薄膜。通过调整反应参数来控制其表面形貌,在其上用低表面能氟硅烷进行修饰,制备出了超疏水性能良好的薄膜。对其耐酸碱性、稳定性和一定温度范围的疏水稳定性进行了测试,发现超疏水薄膜都表现出很好的耐腐蚀性和稳定性。在此基础上,未用低表面能的修饰,通过两步法在铜表面制备出了超疏水薄膜。研究了碱浓度、加热氧化时的温度、压力等因素对形貌和浸润性的影响,阐述了形貌形成的机理。并对形成超疏水的原因进行了研究和分析,上面一层的花状结构具有微米空隙,下面一层叶状组织具有纳米空隙,双层结构同时作用使固液接触份数大大减少;而CuO的生成使得样品的表面能降低,二者的共同作用使表面展现出很好的超疏水性能。同时研究了紫外光对超疏水薄膜的改性,发现紫外光可以使超疏水表面实现超疏水和超亲水的相互转换。 2.采用直流溅射的方法制备铜的薄膜,然后利用低表面能有机物修饰实现了铜薄膜的超疏水性能,其接触角达到了153°,滚动角小于10°。控制溅射功率、衬底温度在硅衬底上制备出了具有空隙的微纳结构。在此基础上,研究了低表面能有机物修饰对实现超疏水性能的作用。微纳空隙结构和低表面能有机物的修饰是实现其超疏水的两个重要原因。同时用制备出的超疏水薄膜进行了水下耐水压试验,发现随着水的深度的增加,接触角变化很大,在水深5cm时超疏水已经变成了超亲水状态,并对其进行了简单的模型解释。该结果可以对实际中的应用起到指导作用。 3.设计了不同尺寸的方形和方柱形形貌,对其浸润性能进行了测试。在同一水平面上制备出了具备两种浸润性的微米-纳米结构,并对其宏观接触角进行了测量,其结果很好的符合了Cassie等式计算的结果。同时,对方柱形结构进行接触角测量,发现其接触角跟Wenzel和Cassie等式计算的都不太吻合。我们对其进行了分析,复合接触可能是其产生不同的原因。同时对其陷光性能进行了测试,发现随着方柱尺寸的缩小和方柱高的增加,陷光效果越来越好,在400nm-1100nm反射率最低达到了3%左右。