纳米颗粒修饰的静电纺SiO_2纤维膜的柔韧性和自清洁性能研究

【摘要】：润湿性是固体表面的一个重要性质,自然界中存在的一些自清洁现象引发了人们对于具有润湿性能材料的关注和研究。润湿性常用液体在固体表面的接触角来表征,通常把与水的接触角大于150°的固体表面,称为超疏水表面,而对于与水和油的接触角都大于150°的表面相应地称之为超双疏表面。而具有自清洁性能的材料在日常生活中有着广泛的应用,例如能源、军事、医疗、服装、通信、建筑、汽车和航运等行业。一般制备自清洁表面的方法可归为两类：一类是在低表面势能材料上构筑粗糙表面；另一类是用低表面势能材料去修饰粗糙表面。 本论文受荷叶效应启示,通过静电纺丝和溶胶凝胶技术,混纺加入有二氧化硅纳米颗粒的聚乙烯醇和正硅酸乙酯溶胶混合溶液得到PVA/SiO2杂化纤维,再通过高温煅烧和氟硅烷(FAS)的表面修饰得到一种具有高柔韧性能和荷叶仿生结构且不可润湿表面的二氧化硅纤维膜。由于在静电纺丝和煅烧过程中所发生的快速相分离作用,由此制备的二氧化硅纤维膜表面展现出众多构筑有纳米突起的荷叶仿生表面结构。其中加入到混纺溶液中二氧化硅纳米颗粒的含量被证明是影响纤维表面形貌和润湿性的关键因素。而含有38.8wt%二氧化硅纳米颗粒的经过氟硅烷修饰的纤维膜能得到最高的与水的接触角为155°、与油的接触角为143°、与橙汁的接触角为142°、与牛奶的接触角为137°和最低的滚动角。此外,经氟硅烷修饰后的二氧化硅纤维膜经弯曲后没有出现任何微细裂纹,并且该膜的柔韧性通过KES-FB2S表征后发现其弯曲刚度较小,展现出优良的柔韧性。我们认为这类新型无机纤维膜在高温过滤、高温防护、新型自清洁服装和可挠式电子装置等领域将拥有较为广泛的应用前景。 此外,本课题还通过场发射扫描电镜、轮廓仪、光学接触角测量仪、傅氏转换红外线光谱分析仪、X射线衍射仪等测试对该纤维膜进行表征,并引用Wenzel和Cassie理论模型对纤维膜润湿性进行分析,探索纤维膜的表面形貌、化学组成和结晶结构对其润湿性和柔韧性的影响。 【关键词】：静电纺丝 纳米纤维 纳米颗粒 柔韧性 自清洁
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 引言11
• 1.2 超疏水现象11-13
• 1.3 超疏水理论13-17
• 1.3.1 接触角理论13-16
• 1.3.2 滚动角理论16-17
• 1.4 超疏水表面制作技术17-21
• 1.4.1 相分离法17-18
• 1.4.2 等离子体处理法18
• 1.4.3 刻蚀法18
• 1.4.4 溶胶凝胶法18
• 1.4.5 气相沉积法18-19
• 1.4.6 自组装技术19
• 1.4.7 模板法19
• 1.4.8 拉伸法19
• 1.4.9 静电纺丝法19-21
• 1.5 静电纺丝技术21-23
• 1.5.1 静电纺丝概论21-22
• 1.5.2 静电纺丝基本原理22
• 1.5.3 静电纺丝设备22-23
• 1.6 本课题的研究目的和内容23-25
• 1.6.1 研究目的23
• 1.6.2 研究内容23-24
• 1.6.3 研究方法24-25
• 第二章 具有荷叶仿生结构的SiO_2纤维膜的制备与表征25-41
• 2.1 前言25
• 2.2 静电纺丝制备荷叶仿生结构的SiO_2纤维膜25-27
• 2.2.1 高分子无机物前驱体溶液的制备25-26
• 2.2.2 实验试剂和仪器26
• 2.2.3 实验过程26-27
• 2.3 结果与讨论27-39
• 2.3.1 SiO_2纤维膜的表面形貌27-36
• 2.3.2 SiO_2纤维膜的化学组成36-37
• 2.3.3 SiO_2纤维膜的结构和热学性能37-39
• 2.4 本章小结39-41
• 第三章 静电纺荷叶仿生SiO_2纤维膜的润湿性能及分析41-55
• 3.1 前言41
• 3.2 润湿性能的改性与测试41-43
• 3.2.1 实验试剂41
• 3.2.2 实验设备41-42
• 3.2.3 实验过程42-43
• 3.3 结果与讨论43-50
• 3.3.1 SiO_2纤维膜的润湿性43-45
• 3.3.2 SiO_2纤维膜表面粗糙度的测试与分析45-48
• 3.3.3 有关超疏性能的模型分析48-50
• 3.4 苯并噁嗪树脂表面疏水改性50-53
• 3.4.1 实验试剂51
• 3.4.2 实验设备51
• 3.4.3 实验过程51-53
• 3.5 本章小结53-55
• 第四章 静电纺荷叶仿生SiO_2纤维膜的力学性能及分析55-63
• 4.1 前言55
• 4.2 力学性能的测试55-56
• 4.3 结果与讨论56-61
• 4.3.1 SiO_2纤维膜的柔韧性能56-58
• 4.3.2 SiO_2纤维膜的拉伸性能58-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士期间取得的学术成果69-70
• 致谢70

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