納米顆粒修飾的靜電紡SiO_2纖維膜的柔韌性和自清潔性能研究

【摘要】：潤(rùn)濕性是固體表面的一個(gè)重要性質(zhì),自然界中存在的一些自清潔現(xiàn)象引發(fā)了人們對(duì)于具有潤(rùn)濕性能材料的關(guān)注和研究。潤(rùn)濕性常用液體在固體表面的接觸角來(lái)表征,通常把與水的接觸角大于150°的固體表面,稱(chēng)為超疏水表面,而對(duì)于與水和油的接觸角都大于150°的表面相應(yīng)地稱(chēng)之為超雙疏表面。而具有自清潔性能的材料在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用,例如能源、軍事、醫(yī)療、服裝、通信、建筑、汽車(chē)和航運(yùn)等行業(yè)。一般制備自清潔表面的方法可歸為兩類(lèi)：一類(lèi)是在低表面勢(shì)能材料上構(gòu)筑粗糙表面；另一類(lèi)是用低表面勢(shì)能材料去修飾粗糙表面。 本論文受荷葉效應(yīng)啟示,通過(guò)靜電紡絲和溶膠凝膠技術(shù),混紡加入有二氧化硅納米顆粒的聚乙烯醇和正硅酸乙酯溶膠混合溶液得到PVA/SiO2雜化纖維,再通過(guò)高溫煅燒和氟硅烷(FAS)的表面修飾得到一種具有高柔韌性能和荷葉仿生結(jié)構(gòu)且不可潤(rùn)濕表面的二氧化硅纖維膜。由于在靜電紡絲和煅燒過(guò)程中所發(fā)生的快速相分離作用,由此制備的二氧化硅纖維膜表面展現(xiàn)出眾多構(gòu)筑有納米突起的荷葉仿生表面結(jié)構(gòu)。其中加入到混紡溶液中二氧化硅納米顆粒的含量被證明是影響纖維表面形貌和潤(rùn)濕性的關(guān)鍵因素。而含有38.8wt%二氧化硅納米顆粒的經(jīng)過(guò)氟硅烷修飾的纖維膜能得到最高的與水的接觸角為155°、與油的接觸角為143°、與橙汁的接觸角為142°、與牛奶的接觸角為137°和最低的滾動(dòng)角。此外,經(jīng)氟硅烷修飾后的二氧化硅纖維膜經(jīng)彎曲后沒(méi)有出現(xiàn)任何微細(xì)裂紋,并且該膜的柔韌性通過(guò)KES-FB2S表征后發(fā)現(xiàn)其彎曲剛度較小,展現(xiàn)出優(yōu)良的柔韌性。我們認(rèn)為這類(lèi)新型無(wú)機(jī)纖維膜在高溫過(guò)濾、高溫防護(hù)、新型自清潔服裝和可撓式電子裝置等領(lǐng)域?qū)碛休^為廣泛的應(yīng)用前景。 此外,本課題還通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、輪廓儀、光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x、傅氏轉(zhuǎn)換紅外線光譜分析儀、X射線衍射儀等測(cè)試對(duì)該纖維膜進(jìn)行表征,并引用Wenzel和Cassie理論模型對(duì)纖維膜潤(rùn)濕性進(jìn)行分析,探索纖維膜的表面形貌、化學(xué)組成和結(jié)晶結(jié)構(gòu)對(duì)其潤(rùn)濕性和柔韌性的影響。 【關(guān)鍵詞】：靜電紡絲 納米纖維 納米顆粒 柔韌性 自清潔
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 超疏水現(xiàn)象11-13
• 1.3 超疏水理論13-17
• 1.3.1 接觸角理論13-16
• 1.3.2 滾動(dòng)角理論16-17
• 1.4 超疏水表面制作技術(shù)17-21
• 1.4.1 相分離法17-18
• 1.4.2 等離子體處理法18
• 1.4.3 刻蝕法18
• 1.4.4 溶膠凝膠法18
• 1.4.5 氣相沉積法18-19
• 1.4.6 自組裝技術(shù)19
• 1.4.7 模板法19
• 1.4.8 拉伸法19
• 1.4.9 靜電紡絲法19-21
• 1.5 靜電紡絲技術(shù)21-23
• 1.5.1 靜電紡絲概論21-22
• 1.5.2 靜電紡絲基本原理22
• 1.5.3 靜電紡絲設(shè)備22-23
• 1.6 本課題的研究目的和內(nèi)容23-25
• 1.6.1 研究目的23
• 1.6.2 研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.6.3 研究方法24-25
• 第二章 具有荷葉仿生結(jié)構(gòu)的SiO_2纖維膜的制備與表征25-41
• 2.1 前言25
• 2.2 靜電紡絲制備荷葉仿生結(jié)構(gòu)的SiO_2纖維膜25-27
• 2.2.1 高分子無(wú)機(jī)物前驅(qū)體溶液的制備25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器26
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程26-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-39
• 2.3.1 SiO_2纖維膜的表面形貌27-36
• 2.3.2 SiO_2纖維膜的化學(xué)組成36-37
• 2.3.3 SiO_2纖維膜的結(jié)構(gòu)和熱學(xué)性能37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 靜電紡荷葉仿生SiO_2纖維膜的潤(rùn)濕性能及分析41-55
• 3.1 前言41
• 3.2 潤(rùn)濕性能的改性與測(cè)試41-43
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑41
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備41-42
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程42-43
• 3.3 結(jié)果與討論43-50
• 3.3.1 SiO_2纖維膜的潤(rùn)濕性43-45
• 3.3.2 SiO_2纖維膜表面粗糙度的測(cè)試與分析45-48
• 3.3.3 有關(guān)超疏性能的模型分析48-50
• 3.4 苯并噁嗪樹(shù)脂表面疏水改性50-53
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)試劑51
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備51
• 3.4.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第四章 靜電紡荷葉仿生SiO_2纖維膜的力學(xué)性能及分析55-63
• 4.1 前言55
• 4.2 力學(xué)性能的測(cè)試55-56
• 4.3 結(jié)果與討論56-61
• 4.3.1 SiO_2纖維膜的柔韌性能56-58
• 4.3.2 SiO_2纖維膜的拉伸性能58-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 結(jié)論63-64
• 5.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 攻讀碩士期間取得的學(xué)術(shù)成果69-70
• 致謝70

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