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在大自然的启发之下,人造超疏水材料经过二十多年的发展在学术研究和工业应用中引起了广泛的关注。在超疏水的基础上,目前已有研究者成功开发出具有特殊浸润性的功能界面,可以解决许多现实中的问题,比如溢油清理、降低结冰率、减少流体阻力等。超疏水的制备方法也是多种多样,常见的制备方法有电化学沉积法、电纺丝法、电喷涂法、化学刻蚀法、相分离法、模板法、溶胶凝胶法、化学气相沉积法。这些方法都存在制备过程复杂或者无法大规模使用等各种不足。最重要的是,这些方法在材料选择上,会受限于必须选择特定的材料及构建特殊结构来实现超疏水。因此,发展一种适用于任意材料的超疏水界面的构建方法尤为关键。
(1)本文提出的方法可以克服现有制备方法的不足,提供一种普适的,操作简单的,将纳米材料与超疏水界面相结合的制备方法。这种方法将功能性微米和纳米级颗粒直接嵌入硅橡胶表面上,即“胶水+粉末”方法。与以往的制备方法不同的是,被包埋颗粒的固有润湿性对最终制备表面的疏水性没有影响,例如使用亲水二氧化硅A200粉末制备表面能够拥有154.4°和5.9°的滚动角和接触角。影响因素是微观结构的大小和层次,即较小较粗糙的颗粒可促进更好的疏水性。本文选择了17种类型的颗粒用于制造各种表面,出人意料的是,无论掺入哪种颗粒,所制备的表面均显示出的良好的疏水性能,也就是我们所说的普适性方法。在实验中进行了具有特定功能的多功能微米/纳米级颗粒,获得了具有导电性、荧光性、pH敏感性、磁响应性、发光性和集成性的超疏水表面。当前的发现不仅释放了制造超疏水性基材的更多可能性,而且在纳米材料和超润湿性系统之间架起了一座有效的桥梁。
(2)后续使用这种方法制备可用于探究水上超疏水与水下超亲气的区别,并对最终实验结果进行讨论。通过探究不同的超疏水性表面的多种气体/固体相互作用现象,表明这两种润湿状态不能简单地等同。引入具有亲水缺陷的超疏水表面,在水下时根据亲水点由疏到密,气体运行时间分别为230ms、420ms和无法运输。相反在空气中水滴在表面上滚动时间分别为295ms、255ms和250ms。亲水缺陷对水下气体运输影响很大,相反空气中液滴并没有什么影响。在两种润湿状态下施加的不同介质压力可以决定不同的流体输送现象。通过合理地结合亲水性缺陷,能够有目的地实现了一系列气体传输行为,例如,气膜传输,气泡传输和各向异性气泡门控。
(3)同时研究过程中发现部分超疏水涂层像玫瑰花瓣一样具有高粘附性,设计了一系列实验探究这种方法如何有效线性的对超疏水界面的粘附性进行调控。最终得到了通过改变玻璃纤维和5微米二氧化硅混合比例进行调控制备表面的粘附性。通过改变玻璃纤维的质量分数,可以分别制备出能够粘附1μm、2μm、3μm和4μm液滴的高粘附表面。
(1)本文提出的方法可以克服现有制备方法的不足,提供一种普适的,操作简单的,将纳米材料与超疏水界面相结合的制备方法。这种方法将功能性微米和纳米级颗粒直接嵌入硅橡胶表面上,即“胶水+粉末”方法。与以往的制备方法不同的是,被包埋颗粒的固有润湿性对最终制备表面的疏水性没有影响,例如使用亲水二氧化硅A200粉末制备表面能够拥有154.4°和5.9°的滚动角和接触角。影响因素是微观结构的大小和层次,即较小较粗糙的颗粒可促进更好的疏水性。本文选择了17种类型的颗粒用于制造各种表面,出人意料的是,无论掺入哪种颗粒,所制备的表面均显示出的良好的疏水性能,也就是我们所说的普适性方法。在实验中进行了具有特定功能的多功能微米/纳米级颗粒,获得了具有导电性、荧光性、pH敏感性、磁响应性、发光性和集成性的超疏水表面。当前的发现不仅释放了制造超疏水性基材的更多可能性,而且在纳米材料和超润湿性系统之间架起了一座有效的桥梁。
(2)后续使用这种方法制备可用于探究水上超疏水与水下超亲气的区别,并对最终实验结果进行讨论。通过探究不同的超疏水性表面的多种气体/固体相互作用现象,表明这两种润湿状态不能简单地等同。引入具有亲水缺陷的超疏水表面,在水下时根据亲水点由疏到密,气体运行时间分别为230ms、420ms和无法运输。相反在空气中水滴在表面上滚动时间分别为295ms、255ms和250ms。亲水缺陷对水下气体运输影响很大,相反空气中液滴并没有什么影响。在两种润湿状态下施加的不同介质压力可以决定不同的流体输送现象。通过合理地结合亲水性缺陷,能够有目的地实现了一系列气体传输行为,例如,气膜传输,气泡传输和各向异性气泡门控。
(3)同时研究过程中发现部分超疏水涂层像玫瑰花瓣一样具有高粘附性,设计了一系列实验探究这种方法如何有效线性的对超疏水界面的粘附性进行调控。最终得到了通过改变玻璃纤维和5微米二氧化硅混合比例进行调控制备表面的粘附性。通过改变玻璃纤维的质量分数,可以分别制备出能够粘附1μm、2μm、3μm和4μm液滴的高粘附表面。