具有特殊浸润性的薄膜的制备与研究

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表面浸润性是固体表面重要特性之一,主要由固体表面的化学组成和微观结构共同决定,通常采用液滴在表面的接触角大小来衡量。当表面接触角小于10°时,该表面被称为超亲水表面,当表面接触角大于150°时,该表面被称为超疏水表面。近年来,具有特殊浸润性能的材料在许多高新技术领域和日常生活中发挥了重要的作用,尤其是具有自清洁功能的超亲水、超疏水表面受到了越来越多的关注,成为表面功能材料研究的热点。本文针对目前在透明基材(例如玻璃)上制备超亲水、超疏水表面研究中遇到的系列问题,如成本较高、工艺繁琐、不耐久等问题,利用溶胶-凝胶、纳米粒子填充等方法在玻璃基材上制备出了具有良好耐久性和耐磨性的超亲水、超疏水薄膜。主要研究内容与结果如下:  1.采用溶胶-凝胶法,用TiCl4为前躯体,制备出非晶态的TiO2溶胶,然后向该溶胶中添加气相二氧化硅纳米颗粒,超声分散后在玻璃基材上涂布成膜,之后在520℃的条件下煅烧1h,成功制备出具有超亲水性能的TiO2/SiO2表面。SEM和AFM观察显示,超亲水涂层表面存在微-纳米复合粗糙结构,该表面与水的接触角初始值接近0°,并且在暗室中放置很长一段时间后都能保持在6°以下。  2.采用纳米粒子填充方法,将气相二氧化硅纳米颗粒分散液与以正硅酸乙酯为前躯体制备出的SiO2溶胶混合后,在玻璃基材上涂布成膜,之后在520℃条件下煅烧1h,成功制备出具有超亲水性能的SiO2表面。SEM观察显示,超亲水涂层表面存在微-纳米复合粗糙结构,该表面与水的接触角初始值接近0°,其在荷重为11.8N/4cm2的条件下,往复打磨1500次后仍能保持在6°以下。说明该表面具有良好的耐磨性。  3.采用纳米粒子填充方法,将气相二氧化硅纳米颗粒分散液与以正硅酸乙酯(或正硅酸乙酯与甲基三乙氧基硅烷)为前躯体制备出的粘合剂混合后,在玻璃基材上旋涂成膜,再在其上旋涂以氟硅烷为前躯体制备的疏水层,成功制备出具有超疏水性能的SiO2表面。SEM观察显示,超疏水涂层表面存在微-纳米复合粗糙结构,该表面与水的接触角最高达157°,并且在荷重为11.8N/4cm2的条件下,往复打磨1500次后仍能保持在100°以上。说明该表面具有良好的耐磨性。
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