利用银镜反应制备特殊润湿性表面及其应用研究

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润湿性是固体表面的重要性质之一,主要由表面的化学组成和微观几何结构共同决定。近年来,随着微纳米技术的飞速发展以及仿生学研究的兴起,人们对在固体表面构筑微观几何结构并结合化学修饰以实现各种特殊润湿性能表现出了极大的兴趣,例如超疏水表面、超亲水表面以及梯度润湿性表面。本论文通过简单的银镜反应在玻璃基底上实现了表面润湿性能的调控,通过改变银镜反应的制备条件获得了稳定的超疏水银表面,结合化学修饰制备了超亲水以及梯度润湿性银表面,并比较了疏水与亲水表面水上运动的差别,探索了梯度润湿性表面在液滴自输运方面的应用。通过测定接触角对银表面的润湿性能进行了分析,用扫描电子显微镜、X射线衍射分析以及X射线光电子能谱等手段对表面结构及化学组成进行了表征,通过测定表面反射率比较了化学修饰前后表面的光学性能。超疏水表面是指水的接触角大于150°且接触角滞后较小的表面,由于其在自清洁材料、微流体和减阻涂层等很多领域有着广泛的应用前景,因此,不论是在基础研究还是应用研究领域都受到越来越多的关注。本论文通过调控银镜反应中初始银离子的浓度,在玻璃基底上制备了呈一定粗糙度的银表面,无需低表面能化合物的后续修饰,该表面即能获得稳定的超疏水性,与水的静态接触角达154.3°,且水滴极容易从表面滚落。通过在较低粗糙度的银表面自组装含有不同端基的硫醇分子,即十二烷基硫醇和11-巯基-1-十一烷酸,实现了表面的超疏水及超亲水转变。比较了含有以上两种涂层的空心玻璃小球在水上的运动,结果表明,疏水的涂层具有很好的斥水性并能提供额外的支持力,为超疏水表面在水面上的快速运动提供了条件。梯度润湿性表面是指材料表面的特定方向上润湿性能发生连续性变化的表面。本论文通过调节自组装单分子(正十二烷基硫醇)溶液的浓度和滴加速度,能够在同一片银表面的不同位置实现润湿性从疏水性到超疏水性的梯度变化。研究了水滴在润湿性梯度表面的运动特性,结果表明,润湿性梯度斜率较大的表面能给水滴的运动提供足够较大的驱动力,在较大的驱动力和较小的滞后同时存在的条件下,能够实现水滴的自输运。
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