基于光固化微压印制备仿生荷叶疏水薄膜的研究

采用光固化微压印制备仿生疏水薄膜的工艺方法,制备了具有荷叶表面微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模具,在此基础上,制备了仿生疏水薄膜,探究了紫外光辐照时间、辐照强度等对疏水薄膜水接触角的影响。结果表明,PDMS模具能够较好地复印荷叶表面的微结构,增加辐照时间和辐照强度改变压印压力可以有效提高疏水薄膜的疏水性,当辐照强度为1 000 mW/cm~2、压印压力为0.2 MPa、辐照时间为20 s时,制备的仿生疏水薄膜的表面接触角达到153.5°。     

铝基微纳米结构超疏水表面制备及其防冰/霜性能

[目的]在铝上构建具有粗糙微纳米结构的超疏水表面,可赋予其良好的防冰/霜性能。但在实际应用中铝的超疏水性会逐渐变差甚至失效,微纳米结构的稳定性是影响疏水耐久性的主要因素之一。[方法]先通过二次阳极氧化在铝表面制备纳米多孔结构,再用不锈钢筛网模板压印的方法在铝表面获得微米级结构,扩孔处理后采用低表面能物质(如三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟代正辛基硅烷)进行修饰,最终获得了微纳米结构的铝基超疏水表面(标记为MN-SHS),并就其表面形貌、水接触角、液滴粘附性、防冰/霜性能和耐久性与只进行二次阳极氧化的铝试样和进行二次阳极氧化+扩孔的铝试样作对比。[结果]MN-SHS样品表面的水接触角达到164°,液滴粘附性低,防冰/霜性能和耐久性最优。[结论]采用阳极氧化结合微米压印技术可制得具有微纳米复合结构的铝基超疏水表面,在防冰/霜方面具有很好的应用前景。     

PE基聚硅氧烷/改性SiO2超疏水薄膜的构筑

使用十八烷基三甲氧基硅烷(OTMS)对纳米SiO2进行表面疏水改性,将得到的改性纳米SiO2(OTMS-SiO2)添加到有机硅树脂(SI)中,然后采用两步法在聚乙烯(PE)薄膜表面固化制备了复合涂层SI/OTMS-SiO2.通过FTIR、1HNMR、29SiNMR、TGA对OTMS-SiO2及复合涂层进行了表征,采用接触角测量仪、SEM、AFM对复合涂层疏水特性和形貌进行了测试和观察,最后对复合涂层的耐磨性和附着力进行了分析.结果表明,SiO2表面成功引入了OTMS,且OTMS-SiO2均匀附着在硅树脂涂层上,增加了表面粗糙度,得到了PE基固化超疏水复合涂层.当OTMS-SiO2添加量为正己烷质量的8％时,制得的复合涂层的水接触角为154°,滚动角为7°,并具有良好的耐磨性,其附着力可达4A等级.     

氧化锌纳米阵列生长及疏水性能研究

疏水材料表面具有很多优异的性能,可用于材料表面自清洁、生物相容性和微流体系统等。本论文通过种子层预沉积和一步水热合成了氧化铟氧化物薄膜(ITO-ZnO)阵列复合表面,并通过静态接触角测试了该复合界面的疏水特性。研究表明,水热溶液的浓度、水热时间对ITO-ZnO表面微结构有较大影响,通过硬脂酸表面预处理可有效提高接触角。经过系列优化实验,调控水热溶液浓度为0.03mol/L、水热时间为4h、硬脂酸浸泡表面预处理后ITO-ZnO表面的静态接触角达到146.7°,接近超疏水性能。     

有机硅球修饰聚二甲基硅氧烷表面制备疏水材料

介绍了采用将疏水性的有机硅球均匀地分布在聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面,制备超疏水表面的方法。制备出的样品表面呈现出50μm的大突起结构上全覆盖了2μm硅球的复合结构,这种结构改善了PDMS表面的疏水性能,使制备出的样品表面的接触角为149.2°,滚动角小于3°,具有荷叶效应。通过对制备过程中的压力大小进行研究,发现随着压力的增加,聚合物表面疏水性能呈现出先升高后下降的现象,当压力为1 MPa时,制备出的样品表面的疏水性能最佳。研究了PDMS预热时间对制品表面的影响,当预热时间为12 min时,能够制备出表面均匀、疏水性能较好的制品。     

改性SiO2/聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能

为了提高基体材料的防污能力,在基体表面制备了一种无氟超疏水复合涂层。首先,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对二氧化硅(SiO_2)微纳米颗粒进行疏水改性,其次,将改性后的SiO_2颗粒与有机硅烷混合,利用硅烷的水解、聚合在基体材料的表面得到一层稳定的无氟超疏水复合涂层。采用FTIR、TGA、SEM、AFM和接触角测量仪对涂层的化学组成、表面微观结构和疏水性能进行表征。结果表明:复合涂层表面具有微纳米尺度的粗糙结构,并具有优异的自清洁性和耐磨损性;未磨损前接触角达151°,磨损100周次后接触角进一步提高至161°。     

置换反应制备锌表面超疏水薄膜

利用硫酸铜与锌的置换反应,在锌片表面生成具有微纳米结构的铜,制备锌表面超疏水薄膜。研究了硫酸的加入、硫酸铜浓度和反应时间对微纳米结构及疏水性能的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)对表面结构进行了表征。使用接触角测量仪测量了疏水性。结果显示,在最优条件下接触角可达到154°,滚动角可达到6°。该超疏水薄膜具有一定的防腐蚀性。     

草莓型微球基自补偿性超疏水涂层的制备及性能

通过KH-560改性光催化纳米Ti O2与3-KH-550改性微米Si O2的偶合反应制备草莓型微球,用氟硅烷改性微球表面,再将其与羟基氟硅油、甲基三丁酮肟基硅烷共混制得超疏水涂料,将其涂覆于基材表面室温固化制得超疏水涂层。利用扫描电镜和光学接触角测量仪对涂层形貌和润湿性进行了表征,并对涂层表面耐久性和自补偿性进行了测试。结果表明:当颜基比为4.5∶5.5时,涂层表面的水接触角可以达到165°,同时草莓型微球表面粗糙度可显著提高涂层的超疏水性;此外该涂层具有优异的耐油污性和耐酸碱性,更为重要的是,由于氟碳链段的自补偿性可以使受损涂层恢复超疏水性。     

SiO2超疏水薄膜的制备和性能表征

采用溶胶-凝胶法、相分离及自组装技术,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅前体,在硅溶胶中添加聚丙烯酸(PAA)引发相分离,通过控制PAA的含量来控制相分离的程度,从而制备出表面微结构可控制的SiO2薄膜.研究了聚丙烯酸含量对薄膜表面微结构及接触角的影响.用扫描电镜(SEM)对薄膜表面进行了表征,结果表明,SiO2薄膜表面粗糙度随着聚丙烯酸含量的增加而增加.最后用三甲基氯硅烷(TMCS)进行化学气相修饰,形成TMCS自组装单分子层,制备出接触角达158°的超疏水SiO2薄膜.     

疏水型二氧化硅气凝胶薄膜的制备

采用sol-gel技术、dip-coating技术和表面修饰相结合的镀膜工艺,在玻璃表面上形成了SiO2气凝胶薄膜。利用XRD、EDS、红外光谱以及自制接触角测试仪多种测试手段,对二氧化硅气凝胶薄膜进行了测试。结果表明:采用三者相结合技术制备的SiO2气凝胶薄膜呈非晶态、纯度较高,润饰角达到75°,具有良好的疏水性能。     

聚合物热黏弹塑性变形微热压成型机理的数值模拟研究

研究了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）超疏性阵列圆柱微结构特征功能表面的微热压成型技术,通过模拟研究了成型工艺参数对成型过程的影响规律,揭示了其热黏弹塑性变形充填流动机理,明晰了关键调控参数。结果表明,基片材料的弹性模量、成型温度和压力是影响充填成型的关键调控参数,成型压力和变形应力与成型温度呈负关联关系,而充填高度与成型温度呈正关联关系;提高成型温度至高于基片材料的玻璃化转变温度（Tg）,使基片处于黏弹性高弹态,易使基片快速产生明显的热黏弹塑性变形,且可使成型压力和变形应力趋于最小值,这有利于基片避免断裂损伤并加速充模流动。     

透明超疏水SiO2/硅酮胶复合涂层的制备及性能

以疏水纳米SiO_2和中性硅酮结构胶为主要原料,采用喷涂法在玻璃表面制备出透明超疏水SiO_2/硅酮胶复合涂层。采用FTIR、SEM、接触角测量仪和紫外-可见分光光度计对复合涂层的分子结构、微观形貌、润湿性和透光率进行表征。讨论了纳米SiO_2的添加量与涂层表面微结构、水接触角、透明性三者的关系,考察了复合涂层的耐水冲击性能和耐水稳定性能。结果表明:SiO_2/硅酮胶复合涂层表面呈连续的多孔网络状,团聚的SiO_2纳米粒子分散在作为骨架的亚微米级硅酮胶周围,构成了微纳米双尺度的复合粗糙结构。当SiO_2质量分数为2.0%时,复合涂层的水接触角达到最大为169.8°±0.7°,在380～760nm可见光范围内的平均透光率为82.9%;当硅酮胶质量分数为4%时,复合涂层分别经5 h水冲击以及10 d水浸泡后,水接触角仍保持在140°以上。     

Fabrication of superhydrophobic surfaces on a glass substrate via hot embossing

This study developed a new hot pressing process to prepare superhydrophobic surfaces with controllable shape and size on a glass substrate. Microstructures were fabricated on tungsten carbide mold via picosecond laser processing. Microgroove structures were reproduced on glass during the hot embossing process and SiO₂ nanoparticles laid on the mold were also embedded into the glass surface under the action of heat and pressure to provide nanostructures. The contact angle of the superhydrophobic glass surface reached up to 161.8°, and the sliding angle was only 3°. The structures and chemical composition of superhydrophobic glass surface were identified by scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectrometer (EDS), X-ray diffraction (XRD), and Fourier transformed infrared (FTIR) spectroscopy. The 3D laser scanning microscopy result showed the height (20 μm) of the microgroove structures, while white light interferometry revealed the surface roughness (Ra 2.725 μm). The superhydrophobic glass surface demonstrated satisfactory temperature resistance and chemical stability through temperature and acid and alkali solution immersion tests. The surface exhibited certain mechanical stability by friction and wear test. This work provides a new hot embossing method for solving the problem of structural consistency and mass production of superhydrophobic glass, and will have great application prospects in the engineering field.     

A Discussion on the Development of SCF-CO2 Hot Embossing Molding Technology and Replication Moldability

This study developed carbon dioxide (CO₂)-assisted hot embossing molding technology using the penetration of SCF (supercritical fluid), as generated by CO₂ in a high pressure process, into the high polymer plastic substrate in order to realize the plasticization phenomenon. At the glass transition temperature (Tg), microstructure array elements were molded by hot embossing replication, and the optical effects of the formed microstructure were discussed. This study first developed the SCF hot embossing system equipment by evenly infiltrating the plastic substrate through the SCF phenomenon generated by CO₂ under high pressure. Using the characteristics of the CO₂-aided uniform imprinting technology, this study discussed the microstructure replication moldability and optical effects of the microstructure at the Tg temperature. The results suggested that the SCF hot embossing system proposed in this study can successfully transliterate the microstructure onto the photo-resist at Tg temperature. This study also tested and discussed the replication moldability and optical effects of the structure.     

纳米SiO2复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

本文以Stober法制备的胶体SiO2粒子与粉体SiO2粒子结合的SiO2复合粒子在玻璃基底构建粗糙表面,以三乙氧基甲基硅烷（MTES）与正硅酸乙酯（TEOS）为前聚体制备的酸性有机硅低聚物作为粘接剂,使用偶联剂KH540与氟硅烷PFDT进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO2复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层,然后探究SiO2复合粒子、酸性有机硅低聚物、偶联剂KH540以及氟硅烷PFDT对复合涂层的影响。研究表明：当SiO2复合粒子由粒径为110 nm的胶体SiO2粒子与粒径为50 nm的粉体SiO2粒子两种粒子组成,SiO2复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液的混合质量比为4:1,添加偶联剂KH540与氟硅烷PFDT的质量比为混合液的1%时,复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角能达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性,为透明超疏水涂层的制备提供一种简便、低成本方案。     

核-壳型聚苯乙烯/二氧化硅复合微球的制备

利用层层自组装的方法制备了粒径和组成可裁剪、具有核-壳式结构的单分散聚苯乙烯(PS)／二氧化硅(SiO2)复合微球．对复合微球进行热处理除去有机物中心，制备出壁厚可剪裁的空腔硅球，并对复合微球的热分解过程进行了研究．透射电镜(TEM)照片显示二氧化硅纳米颗粒在中心外生成均匀壳层，而煅烧后则可得到轮廓分明的球形空腔；比较PS，SiO2和复合球体及热处理后的粉体的红外光谱，可分别验证二氧化硅的成功组装和热处理过程中作为中心的PS的完全去除．在吸附相同层数的前提下，随着所选用的二氧化硅纳米粒子的粒径的增大(10-40nm)，复合微球的粒径增大，空腔球体的壁厚增加，中心粒子热分解的活化能增大．复合微球的热分解机理符合三维扩散机理．     

酚醛树脂辅助合成SiO2/TiO2介孔复合微球及其光催化

利用Stber法合成的纳米SiO2为前体,在酚醛树脂和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助下制备SiO2/TiO2介孔复合微球,并利用XRD、SEM、EDS、BET、BJH以及FTIR对材料的晶型、形貌以及结构进行了表征,以罗丹明B为目标降解物评价样品的光催化性能。结果表明,SiO2/TiO2介孔复合微球是由TiO2和SiO2组成,直径约300 nm,TiO2以纳米薄层方式均匀地沉积在SiO2表面,界面之间存在Si—O—Ti键;SiO2/TiO2介孔复合微球的比表面积为92.3 m2/g,较P25提高了约3倍。光催化评价表明,SiO2/TiO2介孔复合微球对罗丹明B的降解率达98%,较P25光催化降解率有明显提高。     

PTFE-PPS复合超疏水涂层的制备与表征

通过喷涂工艺在铝基片表面制备出聚四氟乙烯(PTFE)-聚苯硫醚(PPS)复合超疏水涂层,该复合涂层具有与荷叶表面类似的二次结构,与水的静态接触角为155o,滚动角为7o. 与纯PTFE超疏水涂层相比,PTFE涂层中引入PPS后,涂层的粘附力从5级提高到1级,铅笔硬度从4B提高到4H,柔韧性从(10±0.1) mm提高到(1±0.1) mm,可以更好地满足工业应用要求.