超疏水表面的制備及其性能研究.pdf

1、超疏水表面具有優(yōu)異的自潔性和超流動性。基于流動減阻的目的,本文采用不同的原料與方法,嘗試在玻璃表面制備超疏水表面,并獲得了成功；在H62黃銅、304不銹鋼和1060鋁片表面也分別成功的制備了超疏水表面；最后本文也對電極潤濕性對鋅空氣電池性能的影響做了一些應(yīng)用研究。具體工作有以下幾點:
　　 (1)一步表面拉膜法:設(shè)計了一種制備疏水／超疏水材料的簡易方法,即一步表面拉膜法。經(jīng)過在光滑的石英玻璃表面(載玻片)吸附聚四氟乙烯(PTFE

2、),可以將水潤濕性的石英表面的接觸角從15°增大到138°左右;在充分干燥和保持PTFE化學(xué)成分不變的條件下,接觸角的大小隨浸泡時間、干燥時間、干燥溫度變化很小；當PTFE乳液濃度較小時,其接觸角隨濃度的增大而近似線性增大,當濃度超過一定值后,接觸角隨PTFE乳液的濃度增大變化很小。
　　 (2)氫氟酸腐蝕法:通過對比載玻片只經(jīng)過氫氟酸刻蝕處理和既經(jīng)過刻蝕處理又經(jīng)過氟硅烷修飾處理后,接觸角與刻蝕時間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)氟元素是影響接觸角

3、大小的關(guān)鍵因素；在一定限度內(nèi),氫氟酸濃度越小,接觸角隨刻蝕時間延長而增大；濃度越大,接觸角取得最大值所需要的刻蝕時間越短；隨著氫氟酸濃度的逐漸變大,接觸角先逐漸變大,到達一個峰值后,接觸角又逐漸變小；當氫氟酸濃度較大之后,接觸角的最大值近似為一定值。
　　 (3)溶膠-凝膠法:以三甲基氯硅烷和氟硅酸溶液為原料,采用溶膠-凝膠法成功制備了玻璃超疏水表面,接觸角達到157°；并分別研究了三甲基氯硅烷和氟硅酸的摩爾配比、干燥溫度、浸入

4、時間、干燥時間對其表面潤濕性的影響。研究發(fā)現(xiàn),三甲基氯硅烷和氟硅酸的最佳摩爾比為2.5:1,干燥溫度大于240℃小于400℃時接觸角幾乎保持最大值不變,玻璃表面形成了一種含有-CF3的疏水基團并且形成了一種特殊的粗糙結(jié)構(gòu),正是該粗糙結(jié)構(gòu)與-CF3基團的疏水特性相結(jié)合才最終形成了玻璃超疏水表面。
　　 (4)化學(xué)腐蝕法:通過H62黃銅、304不銹鋼、1060鋁三種金屬的超疏水表面的制備過程,發(fā)現(xiàn)先通過刻蝕液刻蝕出一種特殊的表面粗糙

5、結(jié)構(gòu),再經(jīng)過氟硅烷無水乙醇草酸溶液的表面氟化作用,可以制備出多種金屬的超疏水表面。在金屬活動性順序表中位于鋁和銅之間的金屬似乎都可以采用類似的方法制備出超疏水表面。
　　 (5)潤濕性理論的應(yīng)用:通過制備適當潤濕性的鋅空電池的空氣電極,可增加電池的功率,進而分析鋅空電池的反應(yīng)界面的特征。實驗表明:隨著空氣電極暴露于空氣中的面積的增加,鋅空電池的功率逐漸增加,鋅空電池放電功率與空氣電極暴露面積成非正比的線性關(guān)系。進一步的實驗表明: