论文部分内容阅读
浸润性是固体表面的一个重要特征,受自然界超浸润现象的启发,超浸润表面被广泛的研究。自Fujishima等人发现紫外光诱导引发TiO2表面浸润性转换后,具有可逆的浸润性转换智能表面受到人们的极大关注,其在智能器件、可控油水分离及生物工程等领域具有重要的应用前景。尽管针对TiO2基表面浸润性已经有了大量的研究,但是仍然存在一些重要的且不清楚的问题有待解决。本文基于不同方法制备了三种不同微纳米结构的TiO2基表面,分别展开了油下水浸润性转换、油水分离过程及超浸润转换可修复性三方面的研究,并对其相关性能和机理进行了详细的研究和分析。目前,TiO2基表面浸润性转换的研究工作主要集中在空气中水和油的浸润性转换或水下油浸润性的转换,而对油下水浸润性转换的研究还鲜有报道。本文通过阳极氧化法结合热处理制备出了一系列不同几何参数的TiO2纳米管阵列,对其氧化制备时间参数进行优化,确定在40V恒定电压下氧化120min为TiO2纳米管阵列最佳的氧化制备时间,对其形貌和晶型结构进行表征分析,系统研究了其油下水浸润性转换过程,并对相关机理进行了分析。研究结果表明制备的锐钛矿晶型TiO2纳米管阵列通过紫外光照射和加热交替处理可实现油下超疏水性到油下超亲水的可逆转变,这主要是归因于紫外光照射前后TiO2纳米管阵列表面的化学组成的变化与表面微结构的协同作用。同时基于制备的TiO2纳米管阵列油下超疏水性到油下超亲水性转换功能,分别实现了在油下微液滴反应和油相中除水等应用。为了解决油水分离过程中由于油水密度差导致的障碍层问题,通过阳极氧化法结合热处理制备出了一系列微纳米多孔结构的TiO2网膜。根据其分离性能对其氧化时间参数进行优化,确定在45V恒电压下氧化6h为微纳米多孔结构TiO2网膜最佳的氧化制备时间。进一步对其形貌和晶型结构进行表征分析,并对其相关分离性能和分离机理分别进行了探究和分析。研究结果表明制备的微纳米多孔TiO2网膜具有水下超疏油、油下超疏水低粘附特殊浸润性,基于TiO2网膜这种特殊浸润性,可实现轻油与水混合物和重油与水混合物的高效分离,且分离效率均高于99.2%。此外,该网膜在分离过程中展现出了良好的抗腐蚀性、循环分离稳定性、机械稳定性和特殊的自清洁性。为了解决TiO2基表面微结构在外力作用下易受损,导致其失去原有超浸润性转换功能的问题,将TiO2纳米粒子与形状记忆环氧树脂（SME）复合,采用模板复制法结合超声处理制备了纳米TiO2包覆SME微阵列表面。通过优化超声时间制备参数,确定在TiO2纳米粒子的1,2-二氯乙烷分散液中超声10min为最佳的超声制备时间,进一步对微阵列的形貌和组成进行表征分析,研究了TiO2包覆SME微阵列的超浸润性转换修复性能,并对其机理进行了分析。研究结果表明初始制备的微阵列通过紫外光照射和暗藏交替处理可实现由超疏水性到超亲水性的可逆转换。而对于受外力作用呈现倒塌的微阵列而言,通过紫外光照射和暗藏交替处理只能够实现由疏水性到亲水性可逆转换。基于SME基体材料优良的形状记忆性能,赋予了微阵列可恢复性能,进一步对倒塌的微阵列加热其又能恢复到初始状态,该微阵列又能实现紫外光引发的超浸润性转换功能,表明了制备的微阵列具有超浸润转换可修复性能,这主要归因于紫外光照射引发纳米TiO2表面化学组成发生变化和微阵列可恢复性的协同作用。