仿生超疏水表面的制备及研究

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本论文分析总结了超疏水领域的相关理论,回顾了国内外近年来超疏水表面的研究进展,综述了超疏水表面的制备方法,尤其是近两年来较新的功能性超疏水表面的制备技术。指出了超疏水表面制备技术中以及实际应用过程中存在的问题,介绍了超疏水表面的应用前景及最新发展方向。在此基础之上提出了本论文的立题思想及研究内容。本论文第二章报道了一种简单制备超疏水表面的方法。该方法通过将本体聚合制备的聚苯乙烯溶于四氢呋喃,然后向该溶液中滴加乙醇来引发相分离,通过控制乙醇的含量来控制相分离的程度,从而制备出表面结构可控的超疏水聚苯乙烯薄膜。通过环境扫描电镜(ESEM)观察发现薄膜表面形貌类似于荷叶的二级阶层结构,通过接触角测试仪测得薄膜的接触角和滚动角分别为151.6°和8.2°,表现出良好的超疏水效果。第三章,为了进一步提高薄膜的超疏水的效果,通过本体聚合制备了聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸六氟丁酯(HFMA)的无规共聚物,通过红外(IR),氢核磁(1HNMR)以及元素分析仪测试表明:二者成功共聚,进而引入了低表面能的氟元素。然后将该无规共聚物溶于四氢呋喃,通过上述乙醇引发相分离方法也同样制备出了仿荷叶结构的超疏水薄膜,通过接触角测试仪测得薄膜的接触角和滚动角分别为154.3°和5.8°,该无规共聚物薄膜超疏水效果优于单独的聚苯乙烯的薄膜。这种采用相分离技术制备超疏水材料的方法简单易行,成本低,可重复性好,超疏水效果优越,并且薄膜表面的形貌可以通过滴加乙醇的含量来控制,具有广阔的应用前景。第四章,本论文还研究了基于原子转移自由基聚合(ATRP)法制备两亲嵌段共聚物,然后通过选择性溶剂对嵌段共聚物的自组装行为制备了含氟的超疏水薄膜。首先采用ATRP方法制备了聚苯乙烯的大分子引发剂,然后以HFMA为单体进行第二步ATRP聚合。通过IR,1HNMR,凝胶渗透色谱仪(GPC)进行表征,证明成功制备了聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸六氟丁酯的嵌段共聚物。然后将该嵌段共聚物溶于选择性溶剂三氯三氟乙烷(F113)中,F113是聚甲基丙烯酸六氟丁酯段的良溶剂,是聚苯乙烯段的不良溶剂,因此在该溶液中,自组装成以聚甲基丙烯酸六氟丁酯为壳以苯乙烯为核的核壳结构胶束,随着溶剂的挥发核壳结构的胶束体系为了减少表面能,会进一步团聚形成包囊。通过ESEM的观察可以发现该薄膜表面覆盖米粒状的自组装包囊结构,通过接触角测试仪测得薄膜的接触角和滚动角分别为152.3°和8.5°,也表现出了良好的超疏水效果。本论文研究结果说明:不同的制备方法以及制备过程中的参数会直接影响薄膜表面的显微结构,薄膜表面的显微结构以及薄膜表面的组成成分则决定了薄膜的超疏水性能。
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