【摘 要】
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超疏水表面是液滴接触角大于150°的表面,具有自清洁、减阻和耐腐蚀等诸多优异性能,在建筑防污和管道减阻等领域有着巨大的应用价值。大气压等离子体沉积超疏水薄膜具有成本低、操作简单和能耗小等特点。本文搭建了单电极大气压氩等离子体和针-环电极大气压氮等离子体装置,可在平面和微管内沉积超疏水薄膜。该方法可快速沉积出超疏水薄膜,具有效率高、适用范围广和简单方便的特点。本文从实验装置的搭建、等离子体射流长度实
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“冷等离子体改性KDP晶体液膜接触潮解抛光基础研究”(批准号:51805159)
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超疏水表面是液滴接触角大于150°的表面,具有自清洁、减阻和耐腐蚀等诸多优异性能,在建筑防污和管道减阻等领域有着巨大的应用价值。大气压等离子体沉积超疏水薄膜具有成本低、操作简单和能耗小等特点。本文搭建了单电极大气压氩等离子体和针-环电极大气压氮等离子体装置,可在平面和微管内沉积超疏水薄膜。该方法可快速沉积出超疏水薄膜,具有效率高、适用范围广和简单方便的特点。本文从实验装置的搭建、等离子体射流长度实验参数优化、沉积薄膜的润湿性实验参数优化和超疏水薄膜的性能等方面展开了深入的研究,具体研究内容如下:(1)单电极氩等离子体沉积超疏水薄膜。搭建了单电极大气压氩等离子体发生装置,对氩等离子体射流长度特性进行了研究。在放电气体氩气中加入六甲基二硅氮烷单体,研究了实验参数对沉积薄膜润湿性的影响。通过扫描电镜测量、表面元素测量和傅里叶红外光谱测量对大气压氩等离子体沉积的超疏水薄膜的表面形貌、化学元素组成及基团组成进行了分析。通过粘附性能测试和液滴弹跳实验来反应沉积的超疏水薄膜的黏附性。最后,通过在沉积的图案化超疏水表面上培养希拉细胞、大肠杆菌、三叶草和马齿苋的种子,证明了其具有生物友好性。(2)针-环电极氮等离子体沉积超疏水薄膜。搭建了针-环电极大气压氮等离子体发生装置,研究了氮等离子体射流长度的特性。通过此装置成功沉积出了超疏水薄膜。表面形貌测试表明沉积的超疏水薄膜具有类珊瑚状微纳结构。表面基团测试表明沉积的薄膜具有疏水性基团。最后,通过低韦伯数下液滴弹跳时的回复系数计算,来探索不同沉积时间的超疏水表面的粘附性能是否存在差异;高韦伯数下,液滴弹跳时液滴与基底的接触时间来探索不同沉积时间的超疏水表面的稳定性。(3)针-环电极大气压氮等离子体在微管内沉积超疏水薄膜。通过测量不同管径内的沉积薄膜的接触角来验证在微管内沉积的超疏水薄膜的均匀性。通过原子力显微镜、光纤光谱仪和扫描电镜对管道内沉积的超疏水薄膜的始点、中点以及终点分别进行了粗糙度测量、透光度测量和表面形貌测量。计算了不同管径以及不同材料内沉积的超疏水薄膜的表面摩擦系数。最后,对在微管内沉积的超疏水薄膜的耐酸耐碱性能力进行了测试。
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