玻璃基底上自清洁表面的研究

【摘要】：表面与水的接触角至少要达到130°，此时表面具有显著的憎水性，才能实现自清洁。对于玻璃表面，具备自清洁特性尤为重要。本研究基于固体表面的润湿性原理，利用溶胶-凝胶法和液相法，在玻璃基底上创建具有微-纳米复合结构的粗糙表面，并借助于自组装技术，改变粗糙化表面的表面能，制备出传统意义上的自清洁表面。此外，探索了新型自清洁表面—滑性预浸润表面的制备方法。大致获得如下成果： （1）采用溶胶-凝胶法，以乙二醇甲醚、乙醇胺、二水醋酸锌为原料，在玻璃基底上制得一种呈脊线状（或垄沟状）的粗糙微/纳米复合细微结构。实验中，分别改变预热温度、提拉速度、提拉次数、后热温度，均在一定程度上改变了所制得的ZnO薄膜的表面形貌和润湿性能。 （2）通过溶胶-凝胶法制得ZnO薄膜，其与水的接触角（WCA）均小于90°，具有亲水性质，其表面与水的黏附力也较大；当此表面经低表面能物质（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）修饰后，其表面与水不黏着，接触角亦有显著提高，WCA均大于120°。 （3）未作任何处理的玻璃基底(Flat-ITO)表面平滑，无微/纳米结构存在，呈现亲水特性；经简单液相法粗糙化处理后的样品(Textured-ITO)，WCA明显减小，但此时表面生长有氧化锌结构，表面不再平滑，生长有无序的短线/棒状结构，这种结构极具层次感，但杂乱无章，且极不均匀；未经粗糙化处理直接生长FAS-SAMs的样品(Flat-ITO-FAS)，由于FAS-自组装单分子膜(FAS-SAMs)的存在，表面能降低，接触角增大，WCA平均103.60°；Textured-ITO-FAS，即在Textured-ITO样品上采用自组装技术进行FAS覆膜后所得表面，接触角显著增大，WCA高达148.30°。 （4）在玻璃表面上液相法制备出类荷叶结构的传统自清洁表面（即Textured-ITO-FAS样品），这种表面对水的静态接触角平均为142.57°，且滚动角较小，平均6.2°，具有非常好的自清洁性能，并且这种表面具有极低的粘着性。 （5）基于溶胶凝胶法和液相法在玻璃基底上均制备出新型自清洁表面——滑性预浸润表面。 【关键词】：自清洁 自组装单分子膜 超疏水 玻璃基底 润湿性
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O647.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 超双疏表面简介12-13
• 1.2 固体表面的润湿性理论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 接触角滞后20-21
• 1.3 超疏水表面的制备21-23
• 1.4 研究背景与意义23-24
• 1.5 研究主要内容24-25
• 第2章 实验原理及设备25-30
• 2.1 微纳阶层结构表面的制备原理25-26
• 2.1.1 液相法25
• 2.1.2 电化学法25-26
• 2.1.3 溶胶凝胶法26
• 2.2 实验所用的仪器与设备26-28
• 2.2.1 扫描电子显微镜26-27
• 2.2.2 接触角测量仪27-28
• 2.3 实验所用的试剂28-30
• 第3章 微纳米 ZnO 的溶胶凝胶法制备30-47
• 3.1 玻璃基底 ZnO 微纳米结构的溶胶-凝胶法制备过程30-34
• 3.1.1 溶胶-凝胶法的基本原理30-31
• 3.1.2 溶胶凝胶法的工艺流程31-32
• 3.1.3 溶胶凝胶法的实验步骤32-34
• 3.2 溶胶-凝胶法中不同实验参数对 ZnO 微纳米结构的影响34-43
• 3.2.1 不同的预热温度对氧化锌生长的影响34-36
• 3.2.2 不同的提拉速度对氧化锌生长的影响36-38
• 3.2.3 不同的提拉次数对氧化锌生长的影响38-40
• 3.2.4 不同的后热温度对氧化锌生长的影响40-43
• 3.3 玻璃基底上溶胶凝胶法制得的 ZnO 薄膜的表面改性43-46
• 3.3.1 表面改性之 FAS 自组装技术43-44
• 3.3.2 FAS 改性的实验步骤44
• 3.3.3 FAS 改性前后的润湿性分析44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 玻璃基底传统自清洁表面的制备47-55
• 4.1 玻璃基底自清洁表面的制备过程47-48
• 4.2 玻璃基底超疏水自清洁表面的性质48-53
• 4.2.1 表面形貌48-49
• 4.2.2 润湿性能49-51
• 4.2.3 自清洁特性51-52
• 4.2.4 低粘着性52-53
• 4.2.5 分析讨论53
• 4.3 本章小结53-55
• 第5章 玻璃基底新型自清洁表面——SLIPS 的制备55-67
• 5.1 玻璃基底预浸润表面的制备方法55-56
• 5.2 预浸润表面的理论要求[59-61]56-57
• 5.3 玻璃基底溶胶凝胶法处理的预浸润表面57-62
• 5.3.1 样品制备方法57-58
• 5.3.2 润湿性能58-60
• 5.3.3 表面形貌60-62
• 5.4 玻璃基底液相法处理的预浸润表面62-64
• 5.4.1 样品制备方法62
• 5.4.2 润湿性能62-64
• 5.5 铝基底液相法处理的预浸润表面64-66
• 5.5.1 样品制备方法64
• 5.5.2 润湿性能64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结束语67-69
• 参考文献69-74
• 发表论文74-75
• 致谢75

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