超疏水PS/TiO2復(fù)合薄膜的制備及性能研究

1.49萬字 31頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要 超疏水材料的性質(zhì)與表面的浸潤性有關(guān)，浸潤性是固體表面的重要性質(zhì)之一，也是最為常見的一類界面現(xiàn)象，它是由表面的化學(xué)組成和微觀幾何結(jié)構(gòu)共同決定的，通常用液體在固體表面的接觸角來表征，近年來，與水的接觸角大于150°的超疏水表面引起了極大的關(guān)注，因為它在防水、防污、流體減阻高效輸送、天線防塵、電纜防冰、海洋防侵蝕、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用前景。
目前，國內(nèi)外研究者主要是在疏水性材料表面構(gòu)造出合適的粗糙度和在具有合適粗糙度的材料表面用低表面能的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)修飾來制得超疏水表面，構(gòu)造粗糙表面的方法很多，如機械加工法、光刻法、模板法、相分離法等。然而這些方法大多需要特殊的加工設(shè)備而且工藝復(fù)雜，制造成本高，對環(huán)境也有一定程度的影響。因此，發(fā)展一種操作簡便、成本低、對環(huán)境友好的超疏水表面制備技術(shù)仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的研究課題。
本文以四氫呋喃為溶劑溶解聚苯乙烯，在聚苯乙烯溶液中添加納米二氧化鈦來控制表面形貌，構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超疏水復(fù)合薄膜表面的制備。探討制備條件對表面潤濕性的影響，結(jié)果表明，復(fù)合薄膜的接觸角隨干燥溫度升高逐漸增大，當(dāng)溫度為150℃時，該薄膜表面與水的靜態(tài)接觸角高達(dá)163°，滾動角小于8°，這是由于添加納米二氧化鈦和溶劑揮發(fā)所引起表面結(jié)構(gòu)的變化及干燥溫度使得表面組成變化的共同結(jié)果。由掃描電子顯微鏡圖片可以看出薄膜表面具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于捕獲空氣，形成水與基底之間的氣墊，對表面超疏水性的產(chǎn)生起到了關(guān)鍵的作用。用Cassie理論進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，約6％的面積是水滴和基體接觸，而有約94％的面積是水滴和空氣接觸。穩(wěn)定性實驗研究表明該表面與pH值在1 ~14的液滴的接觸角均大于150°，呈現(xiàn)出良好的超疏水性能。
此外，我們對超疏水PS/TiO2復(fù)合薄膜表面的光響應(yīng)性能進(jìn)行了研究，在紫外光照射下，該表面從超疏水轉(zhuǎn)變?yōu)槌H水，黑暗中放置15天，其表面又恢復(fù)為超疏水，潤濕性呈現(xiàn)可逆變化。


關(guān)鍵字：聚苯乙烯/二氧化鈦 超疏水薄膜 潤濕性 接觸角 可逆轉(zhuǎn)變