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控制液体在固体表面的浸润、铺展,在喷墨打印制备高分辨图案、功能涂层、微型器件等领域都具有非常重要的意义。控制固体表面微结构和表面化学组成、调整液体组成,可有效控制液体在固体表面的浸润、铺展行为。本论文通过对固体表面组成、表面结构的设计和控制,实现了液体的可控浸润及应用,结合胶体晶体制备及喷墨打印技术,实现了有序纳米结构调控的浸润行为和高质量胶体晶体的制备。
本论文的主要研究结果如下:
1.制备了两种有序纳米多孔膜,一种是一端封闭的纳米多孔膜,另一种是贯通的纳米多孔膜,然后研究了水在这两种有序纳米多孔膜表面的浸润行为随孔径的变化情况。研究发现,一端封闭的纳米多孔膜表面水接触角随孔径的增加先升高后降低,贯通的纳米多孔膜表面水接触角随孔径的增加而降低。这种浸润行为的不同变化主要是由纳米孔中空气的封闭或流通引起的,而空气的存在状态导致了不同的微观浸润状态。这一研究结果对于通过表面纳米结构的设计,控制微小液滴在亲水材料表面的浸润、铺展具有重要意义,在喷墨打印制备高分辨图案等领域有广泛的应用前景。
2.研究了竖直沉积法制备胶体晶体时,固体表面浸润性对乳液的浸润行为及胶体粒子组装行为的影响。研究发现,随着基底接触角的降低,基底的可润湿性增强,三相接触处的毛细弯月面曲率半径增加,乳胶粒子在基底上的附着能力增强,得到的胶体晶体质量提高。选择浸润性相同和不同的双基片竖直沉积法制备胶体晶体,可保持组装时两基片之间三相接触处毛细弯月面的稳定,所制备的胶体晶体表现出良好的光学性能。这一研究结果对理解胶体粒子的组装过程,控制乳胶粒子的组装行为,制备高质量的胶体晶体具有重要意义。
3.研究了喷墨打印制备胶体晶体时,固体表面浸润性对液滴的浸润行为及乳胶粒子组装行为的影响。研究发现,喷墨打印制备胶体晶体时,随着基底接触角的降低,乳胶液滴干燥后的乳胶粒子组装形貌,逐渐从圆形对称的形貌向不规则的形貌变化。这是由于液滴喷射到基底上,液滴在基底上形成的三相接触线形貌决定的,三相接触线的形貌决定了溶剂挥发后得到的乳胶粒子组装形貌。当液滴在基底上的接触角小于一定数值,高速喷射的液滴撞击基底,惯性迫使液滴各向异性辐射铺展,形成不规则的三相接触线。溶剂挥发后,乳胶粒子组装得到不规则的组装形貌。粗糙基底容易使三相接触线保持钉扎,形成稳定、连续的三相接触线。稳定连续、平滑的三相接触线有利于乳胶粒子有序组装和高质量胶体晶体制备。这对理解喷墨打印过程中墨滴浸润、铺展及乳胶粒的有序组装非常重要,对喷墨打印制备高质量、图案化的胶体晶体具有重要意义。
上述研究结果对于通过纳米结构的设计和控制来提高喷墨打印的图案质量,尤其是喷墨打印制备图案化胶体晶体具有重要意义。