【摘 要】
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大多数的超疏水表面容易被外界环境的化学或机械损伤从而失去超疏水性能。通过研究自然界中的一些生物的超疏水表面研究发现,自然界中的超疏水表面在受损后能够自愈从而恢复本身的超疏水性能,由此研究人员以自然界的自修复超疏水表面为启发开始研究具有自修复功能的超疏水人造材料。超疏水表面的微纳米结构和低表面能是导致涂层表面能够超疏水的重要原因。本课题选择这两个基本要素之一进行设计:通过修复涂层表面的低表面能物质来
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大多数的超疏水表面容易被外界环境的化学或机械损伤从而失去超疏水性能。通过研究自然界中的一些生物的超疏水表面研究发现,自然界中的超疏水表面在受损后能够自愈从而恢复本身的超疏水性能,由此研究人员以自然界的自修复超疏水表面为启发开始研究具有自修复功能的超疏水人造材料。超疏水表面的微纳米结构和低表面能是导致涂层表面能够超疏水的重要原因。本课题选择这两个基本要素之一进行设计:通过修复涂层表面的低表面能物质来恢复膜层的超疏水性能。(1)利用气相二氧化硅(FS)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)共混构筑超疏水表面所需的微米-纳米级结构,通过喷涂的方法制备出适用于各种基材的超疏水表面。同时气相二氧化硅内部存储有一部分低表面能的聚二甲基硅氧烷,使得膜层表面经等离子体破坏后失去超疏水性后,通过简单的加热或在室温下的放置,恢复其超疏水性能。(2)使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)和正硅酸乙酯(TEOS)对气相二氧化硅(FS)进行修饰得到超疏水的气相二氧化硅,利用TEM对所得的改性后的超疏水纳米颗粒的形貌进行观察,利用接触角测量仪对所得的纳米颗粒的疏水性能进行评价。结果表明PFDTES和TEOS与FS结合起来,成功制备了超疏水的FS。采用不同的粘合方法将超疏水的FS纳米颗粒与基板相结合,分别为:(1)将制备好的悬浮液与商用粘合剂结合,在不同基板上制备超疏水自修复涂层。磨损实验后,涂层表面能够保持较高的疏水性能;在酸碱溶液中浸泡2 h后,涂层表面能够保持较完整的形貌,较强的酸碱浸泡后疏水性能有所下降,但是在经过丙酮浸泡和加热后能够恢复疏水性能;在经过等离子体破坏后,涂层表面由超疏水状态变为超亲水状态,但是经过加热后能恢复其超疏水性能。(2)将制备的超疏水FS粉末与PDMS结合构建超疏水表面。同样采用磨损实验、浸泡实验及等离子破坏测试等测试方法对涂层的耐磨性能、耐腐蚀性能及自修复性能进行表征,结果表明:磨损实验后涂层的表面相对完整且保持了疏水性能;在酸碱浸泡后失去疏水性能后经过加热就能恢复;在等离子破坏失去疏水性后经过加热也能恢复,且次数可以达到10次。(3)使用正硅酸乙酯(TEOS)和聚丙烯酸树脂(PAA)制备具有空心结构的二氧化硅球,同时在反应10 h后加入有机硅烷对其表面进行改性,在反应完成后成功制备了超疏水的空心二氧化硅球。通过多次提拉镀膜的方法制备了具有自修复功能的超疏水透明涂层,在经过等离子体处理失去超疏水性能,通过加热可恢复其疏水性能。
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