锌基多功能疏液材料的制备及性能研究

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超疏水表面因其特有的性质可广泛应用于自清洁、防腐蚀、防冻以及液体分离等领域。目前,特殊形貌的无机多功能材料与有机低表面能物质相结合的方法在超疏水材料的制备领域备受关注。氧化锌具有价格低廉、易在温和的条件下构造具有较大比表面的形貌等特点,是构建超疏水表面的优良选择,但在双疏表面方面的研究却鲜见报道。此外,疏液材料由于粗糙表面易被破坏而耐久性较差,在实际应用中受到了多方面的限制,因此耐久性能的提高也是该类材料研究的热点。本论文通过不同的方法制备了两种无机结构,并构建了相应的双疏体系。(1)采用化学沉淀法在铝基材表面生成一层碱式碳酸锌纳米网状结构,然后通过低温水热制备出双层复合结构,经含氟硅烷修饰后获得超双疏表面。双层复合结构提高了表面的粗糙度,经修饰后的表面对水、甘油、乙二醇、生物油等具有超疏性能。将具有规整微米形貌的基材与双层复合结构相结合,构建了具有耐磨性能的双疏表面。系统研究了水热反应温度、反应时间、反应p H值以及Zn2+浓度等因素对双层结构薄膜的形貌及性能的影响。得出如下结论:随水热反应温度增加,薄膜粗糙度先增加后减小。随着水热反应时长增加,底层结构上生成的片状结构先紧密排列呈簇状,然后堆积在表面。随着水热反应Zn2+浓度增加,片状结构尺寸不断增加,当Zn2+浓度增加到一定程度,片状相互连接形成网状结构,反应过程中粗糙度先增大后减小。具有一定形貌的基材与无机微纳结构相结合是提高双疏表面机械稳定性的有效措施。(2)采用两次低温水热法,先在玻璃基材表面形成一层网状铝镍化合物,然后制备纳米氧化锌阵列,经低表面能物质修饰后,得到超疏水超疏油多功能材料。排列密集的纳米阵列不仅使修饰后的薄膜具备良好疏液性能,还能通过散射、衍射、遮盖等功能提高薄膜抗紫外性能。系统研究了Zn O功能薄膜制备的水热反应温度、水热反应时间、水热反应p H值以及Zn2+浓度等因素对Zn O薄膜的形貌以及性能的影响。得出如下结论:随着水热反应温度增加,基本单元的尺寸减小、间隙增加。随水热反应时间增加,粗糙度先增加后降低。水接触角和油接触角和样品粗糙度有着相同的变化趋势。在本文范围内,随着水热反应p H的增加,上层薄膜基本单元从薄片状结构变成针状细丝结构,这有利于紫外吸收。随着反应溶液中Zn2+浓度的增加,粗糙度增加;当Zn2+浓度过高时,生成的Zn O以沉淀的方式覆盖在基材表面,降低了粗糙度。经修饰后的表面具有良好的抗紫外和耐酸碱性能。
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