仿生超疏水表面制备及性能研究

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润湿性是固体表面的重要特性之一。所谓超疏水表面是指与水的静态接触角大于150°,滚动角小于10°的表面。由于它在自清洁材料、抗污染、微流体、抗结冰和减租等领域具有良好的应用前景,因此关于超疏水的研究在近十年来受到了广泛的关注。表面自由能和表面几何结构是决定材料表面润湿性的两个关键影响因素。因此,制备超疏水表面分为两个途径:一是在粗糙表面上修饰低表面能的物质;二是在疏水材料上构建粗糙结构表面。然而,绝大多数的超疏水表面制备工艺复杂,难以大面积制备,机械强度低,从而制约了超疏水表面的实际应用。本论文中,我们报道了两种简单方便的超疏水表面制备技术,在硅片和玻璃基底上成功制得了超疏水表面。(1)通过控制铜/银金属辅助刻蚀时间,在硅基的表面构建了一系列粗糙结构,刻蚀后的粗糙表面经过氟硅烷(PDTS)修饰,形成了接触角大于150°的超疏水表面。扫面电子显微镜结果显示,改变铜/银金属刻蚀时间能够有效控制最终形貌特征。(2)通过碳球模板的方法制备二氧化硅/碳球颗粒,经过高温煅烧,得到中空结构二氧化硅颗粒。将中空结构二氧化硅颗粒分散在乙醇溶液中,通过提拉法将这些颗粒组装到玻璃表面上,粗糙化的表面经过氟硅烷(PDTS)修饰后,形成了接触角大于150°的超疏水表面。实验发现,提拉次数决定了薄膜的厚度,进一步影响超疏水玻璃的透光率。经过一次提拉后,所得超疏水玻璃的透光率高达90%。另外,我们还研究了超疏水铝表面和普通铝表面的结霜量对比,以及不同接触角下铝表面结霜量的对比,考察了超疏水铝表面对于结霜的抑制作用。结果表明,相同时间内,超疏水铝表面的结霜速度最慢,结霜量最少。
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