PTFE基超疏水薄膜的制备及其性能研究

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根据水在材料表面接触角的不同可将材料表面分为亲水表面和疏水表面,其中,超疏水表面作为一种具有特殊浸润性的表面具有很多优异特性。水滴在超疏水表面上呈现良好的球形几何表面,可自由滚动,带走材料表面灰尘,而表现出良好的自清洁效果,称为“荷叶效应”。超疏水表面还具有其它优异性能,如:抗腐蚀性、防雾、减阻、自清洁等性能,在工农业生产和日常生活中具有广阔的应用前景。几十年的研究表明,构筑超疏水界面需要具有两个必备因素:其一,特殊的表面粗糙度,即表面具有特殊的微观几何形貌;其二,表面是由低表面能材料构成。因此,科学家们从以上两个方面构建超疏水表面。  本研究围绕疏水表面的构建、其相关浸润性以及其他性能研究展开了一系列的工作。选择聚四氟乙烯(PTFE)作为疏水功能材料,采用射频磁控溅射法,在普通玻璃衬底上沉积一层疏水角大于110°的表面。采用真空热蒸发沉积方法在普通玻璃衬底上得到了疏水角大于150°的超疏水表面,得到了具有特殊表面结构的聚四氟乙烯表面。将聚四氟乙烯与无机材料薄膜结合,制备多层薄膜,提高了聚四氟乙烯的耐磨性能和疏水性能。将聚四氟乙烯薄膜应用于氧化钒智能窗上,探索其对氧化钒节能窗的保护性能。下面为主要内容:  在第一章中,对材料表面浸润性的基本概念进行阐述,对自然界中典型的具有超疏水特性的动植物的结构进行分析,并深入讨论特殊浸润性材料的应用前景。介绍被科学家们广泛认同的几种理论模型:Wenzel模型、Cassie-Baxter模型等。在此同时,简单的介绍几种典型的超疏水结构模型。最后,介绍目前疏水表面构造的方法。  在第二章中,采用射频磁控溅射法制备的疏水薄膜接触角大于110°,经研究表明:所制备表面粗糙度小,水滴在表面不易滚动,同时对其光学特性等进行研究,表明这种薄膜在可见-红外波段具有很高的透过率和以及一定的增透效果。  在第三章中,采用真空热蒸发沉积法制备了具有三维网络结构的聚四氟乙烯薄膜,其对水的最大接触角为155°,最小滚动角为9°。该方法十分简单,得到的表面对水的接触角大。研究其性能研究发现,该薄膜在可见-红外波段具有很高的透过率和一定的增透效果,同时有很好的自清洁性能和防雾功能。该薄膜具有很好的抗腐蚀性能,可用作建筑玻璃表面以及金属外层保护层。  在第四章中,构筑TiO2/PTFE,SiO2/VO2/PTFE多层薄膜,探索其机械方面以及疏水性能。将TiO2与PTFE结合,探究这种多层薄膜的疏水性能以及机械性能。而将PTFE作为氧化钒智能窗的外保护薄膜,探索是否能够耐得住潮湿环境对热致变色性质的破坏。  在第五章中,对全文做了总结和展望。
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