玻璃基底上自清潔表面的研究

【摘要】：表面與水的接觸角至少要達到130°，此時表面具有顯著的憎水性，才能實現(xiàn)自清潔。對于玻璃表面，具備自清潔特性尤為重要。本研究基于固體表面的潤濕性原理，利用溶膠-凝膠法和液相法，在玻璃基底上創(chuàng)建具有微-納米復合結(jié)構(gòu)的粗糙表面，并借助于自組裝技術(shù)，改變粗糙化表面的表面能，制備出傳統(tǒng)意義上的自清潔表面。此外，探索了新型自清潔表面—滑性預浸潤表面的制備方法。大致獲得如下成果： （1）采用溶膠-凝膠法，以乙二醇甲醚、乙醇胺、二水醋酸鋅為原料，在玻璃基底上制得一種呈脊線狀（或壟溝狀）的粗糙微/納米復合細微結(jié)構(gòu)。實驗中，分別改變預熱溫度、提拉速度、提拉次數(shù)、后熱溫度，均在一定程度上改變了所制得的ZnO薄膜的表面形貌和潤濕性能。 （2）通過溶膠-凝膠法制得ZnO薄膜，其與水的接觸角（WCA）均小于90°，具有親水性質(zhì)，其表面與水的黏附力也較大；當此表面經(jīng)低表面能物質(zhì)（如十八烷基三甲氧基硅烷ODS、十七氟癸基三甲氧基硅烷FAS、十六烷基三甲氧基硅烷HDS）修飾后，其表面與水不黏著，接觸角亦有顯著提高，WCA均大于120°。 （3）未作任何處理的玻璃基底(Flat-ITO)表面平滑，無微/納米結(jié)構(gòu)存在，呈現(xiàn)親水特性；經(jīng)簡單液相法粗糙化處理后的樣品(Textured-ITO)，WCA明顯減小，但此時表面生長有氧化鋅結(jié)構(gòu)，表面不再平滑，生長有無序的短線/棒狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)極具層次感，但雜亂無章，且極不均勻；未經(jīng)粗糙化處理直接生長FAS-SAMs的樣品(Flat-ITO-FAS)，由于FAS-自組裝單分子膜(FAS-SAMs)的存在，表面能降低，接觸角增大，WCA平均103.60°；Textured-ITO-FAS，即在Textured-ITO樣品上采用自組裝技術(shù)進行FAS覆膜后所得表面，接觸角顯著增大，WCA高達148.30°。 （4）在玻璃表面上液相法制備出類荷葉結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)自清潔表面（即Textured-ITO-FAS樣品），這種表面對水的靜態(tài)接觸角平均為142.57°，且滾動角較小，平均6.2°，具有非常好的自清潔性能，并且這種表面具有極低的粘著性。 （5）基于溶膠凝膠法和液相法在玻璃基底上均制備出新型自清潔表面——滑性預浸潤表面。 【關(guān)鍵詞】：自清潔 自組裝單分子膜 超疏水 玻璃基底 潤濕性
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：O647.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 超雙疏表面簡介12-13
• 1.2 固體表面的潤濕性理論13-21
• 1.2.1 表面自由能13-14
• 1.2.2 表面粗糙度14-20
• 1.2.3 接觸角滯后20-21
• 1.3 超疏水表面的制備21-23
• 1.4 研究背景與意義23-24
• 1.5 研究主要內(nèi)容24-25
• 第2章 實驗原理及設備25-30
• 2.1 微納階層結(jié)構(gòu)表面的制備原理25-26
• 2.1.1 液相法25
• 2.1.2 電化學法25-26
• 2.1.3 溶膠凝膠法26
• 2.2 實驗所用的儀器與設備26-28
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡26-27
• 2.2.2 接觸角測量儀27-28
• 2.3 實驗所用的試劑28-30
• 第3章 微納米 ZnO 的溶膠凝膠法制備30-47
• 3.1 玻璃基底 ZnO 微納米結(jié)構(gòu)的溶膠-凝膠法制備過程30-34
• 3.1.1 溶膠-凝膠法的基本原理30-31
• 3.1.2 溶膠凝膠法的工藝流程31-32
• 3.1.3 溶膠凝膠法的實驗步驟32-34
• 3.2 溶膠-凝膠法中不同實驗參數(shù)對 ZnO 微納米結(jié)構(gòu)的影響34-43
• 3.2.1 不同的預熱溫度對氧化鋅生長的影響34-36
• 3.2.2 不同的提拉速度對氧化鋅生長的影響36-38
• 3.2.3 不同的提拉次數(shù)對氧化鋅生長的影響38-40
• 3.2.4 不同的后熱溫度對氧化鋅生長的影響40-43
• 3.3 玻璃基底上溶膠凝膠法制得的 ZnO 薄膜的表面改性43-46
• 3.3.1 表面改性之 FAS 自組裝技術(shù)43-44
• 3.3.2 FAS 改性的實驗步驟44
• 3.3.3 FAS 改性前后的潤濕性分析44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 玻璃基底傳統(tǒng)自清潔表面的制備47-55
• 4.1 玻璃基底自清潔表面的制備過程47-48
• 4.2 玻璃基底超疏水自清潔表面的性質(zhì)48-53
• 4.2.1 表面形貌48-49
• 4.2.2 潤濕性能49-51
• 4.2.3 自清潔特性51-52
• 4.2.4 低粘著性52-53
• 4.2.5 分析討論53
• 4.3 本章小結(jié)53-55
• 第5章 玻璃基底新型自清潔表面——SLIPS 的制備55-67
• 5.1 玻璃基底預浸潤表面的制備方法55-56
• 5.2 預浸潤表面的理論要求[59-61]56-57
• 5.3 玻璃基底溶膠凝膠法處理的預浸潤表面57-62
• 5.3.1 樣品制備方法57-58
• 5.3.2 潤濕性能58-60
• 5.3.3 表面形貌60-62
• 5.4 玻璃基底液相法處理的預浸潤表面62-64
• 5.4.1 樣品制備方法62
• 5.4.2 潤濕性能62-64
• 5.5 鋁基底液相法處理的預浸潤表面64-66
• 5.5.1 樣品制備方法64
• 5.5.2 潤濕性能64-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)束語67-69
• 參考文獻69-74
• 發(fā)表論文74-75
• 致謝75

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