甲酸木质素纳米颗粒的制备及疏水性能研究

本研究以玉米秸秆、杨木及松木为原料,利用不同液比的甲酸与原料(1∶10,1∶9,1∶8和1∶7)制浆,从制浆黑液中分离得到甲酸木质素,进一步制得甲酸木质素纳米颗粒,探究了不同甲酸木质素的酚羟基含量差异。结果表明,3种原料甲酸木质素具有木质素的基本结构特征,液比1∶9时制得3种原料甲酸木质素酚羟基含量分别为2.69、2.82、3.09 mmol/g。水接触角实验结果表明,3种原料甲酸木质素压片具有较强的亲水性。将甲酸木质素纳米颗粒用于制备甲酸木质素纳米颗粒/淀粉复合膜,复合膜的水接触角显著增加,其疏水性能与甲酸木质素的原料种类和制浆液比有关。经4个月老化后,复合膜的疏水性能进一步增强,3种原料甲酸木质素纳米颗粒/淀粉复合膜的水接触角最高分别可达127.2°、125.1°和123.5°。研究结果对增强木质素的疏水性能及扩展疏水性膜材料的应用具有积极意义。

CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构的构筑及其超疏水性能

采用熔盐法制备呈八面体状、粒径尺寸分布在300~500 nm的CeO_(2)颗粒,借助喷涂法制备CeO_(2)/PTFE涂层,目的是通过CeO_(2)颗粒的加入填充或者嵌入在PTFE的网络结构上,以此构筑CeO_(2)/PTFE涂层微粗糙结构提高其疏水性能.探讨不同的CeO_(2)颗粒含量在不同硬度铝基底上(Al 3003和Al 3004)对CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能的影响,进而从“CeO_(2)颗粒的显微结构”和“微粗糙结构的构筑”两个方面阐明CeO_(2)/PTFE涂层的超疏水机理.结果表明:当CeO_(2)颗粒含量为0.5 wt%时,从SEM图中看出CeO_(2)/PTFE涂层的表面出现大量突起且呈现密集均匀排布即构筑出“单层连续网络结构”;CeO_(2)颗粒嵌入PTFE涂层的网络结构中CeO_(2)/PTFE涂层疏水性能最佳,从润湿性分析得到在Al 3003和Al 3004接触角分别为154.7°和153.3°.当CeO_(2)颗粒含量小于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“孤岛状结构”;大于0.5 wt%时,构筑涂层表面呈现“多层不连续网络结构”.

蝌蚪型POSS嵌段共聚物多孔膜制备及其疏水性能

针对传统疏水整理方法存在高温处理、对设备要求高、织物固有属性降低等缺点,以蝌蚪型倍半硅氧烷(POSS)嵌段共聚物为成膜材料,通过呼吸图案法制备有序排列的多孔膜。以硅片为基底,优化溶剂种类、共聚物质量浓度、成膜温度及成膜时间,得到孔径均匀的多孔膜,对其表面疏水性能进行测试。以棉织物为基底,优化共聚物质量浓度制备多孔膜,测试其表面疏水性能。结果表明:蝌蚪型POSS嵌段共聚物在硅片表面成膜最佳工艺条件为溶剂三氯甲烷,共聚物质量浓度30 mg/mL,温度80℃,时间60 s,在此工艺条件下多孔膜水接触角为117.8°,具有疏水性能;以棉织物为基底,通过呼吸图案法在棉织物表面制备多孔结构,共聚物质量浓度为60 mg/mL时,其表面水接触角为154.0°,孔的结构规整性最好且达到超疏水;在相同质量浓度条件下水接触角较浸渍-烘干法高15°左右。

不同温度下氮化铬薄膜的疏水性能研究

利用电弧离子镀膜技术,以硅片、不锈钢、玻璃片为基底,在脉冲偏压分别为50 V、100 V、150 V的条件下制备了三组氮化铬薄膜样品,对其物相、表面形貌、力学性能及不同温度下的疏水性能进行了分析研究。结果表明:所制备薄膜样品组分单一,表面存在些许“大颗粒”,当脉冲偏压为100 V时“大颗粒”数量最多;氮化铬薄膜力学性能优良,150 V脉冲偏压下沉积的薄膜具有较高的硬度和杨氏模量,50 V脉冲偏压样品具有较高的膜基结合力;常温(20℃)下薄膜疏水性均较好,基底材料对疏水性能影响不大;各组薄膜疏水性能随环境温度的增加而降低,当环境温度上升至80℃时脉冲偏压为50 V的薄膜丧失疏水性能,脉冲偏压为100 V的薄膜样品疏水性能整体较优。

类胶囊化木质基相变储能复合材料的制备及其疏水性能研究

目的:研究木质基相变储能复合材料吸水吸湿对其储能稳定性的影响,解决潮湿环境应用中相变材料泄漏的问题。方法:选择巴沙木作为载体,浸渍及表面涂覆相变材料等方式制备具备疏水性能的类胶囊化木质基相变储能复合材料PEG,并进行热稳定性、疏水性和光热转换性等测试。结果:在温度为60℃下,浸水处理后的PEG-1000@脱木素木材/PDMS未发生泄漏现象;接触角测试表明其PEG具有112°的接触角,表现出良好的疏水性,同时,光热转换测试表明,PEG-1000@脱木素木材/PDMS具有快速吸热和缓慢放热的特性。结论:综上所述,PEG-1000@脱木素木材/PDMS具有良好的疏水性能和高效的热管理性能,在潮湿环境中具备良好的应用。

Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学性能、抗氧化及疏水性能

利用物理气相沉积(PVD)技术交替沉积Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层,制备一系列具有不同ZrYN纳米层厚度(l)的Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,纳米压痕仪,显微硬度计及接触角测量仪等研究不同l对Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜力学、抗氧化以及疏水性能的影响。结果表明:当Ti_(3)AlN和ZrYN纳米层厚度分别为10 nm和1 nm时,纳米多层膜具有高硬度(H=26.8 GPa)和优异的断裂韧度(Kf=4.21 MPa∙m^(1/2))。硬度和断裂韧度的提高可能是因为,当l较小时,纳米层间形成良好的c-Ti_(3)AlN/c-ZrYN共格外延结构,可以有效阻碍位错的产生和滑移。高密度的异质界面可使微裂纹发生连续偏转,有效延长裂纹扩散路径的同时消耗裂纹传播能量,从而提高断裂韧度。同时,较小的l也易于获得优异的抗氧化性能,l较小时Ti_(3)AlN纳米层占主导地位,Al倾向于在表面形成致密的Al_(2)O_(3)层,阻碍氧气向薄膜内部扩散。此外,Ti_(3)AlN/ZrYN纳米多层膜表面形成的结瘤缺陷增加表面粗糙度,使得薄膜的疏水性能得到提高,从而使其在潮湿环境中不易快速发生腐蚀。

融雪抑冰材料疏水性能影响因素研究

通过电导率测试,研究了疏水剂、偶联剂及融雪抑冰材料球磨时间对融雪抑冰材料疏水性能和沥青混合料盐分溶析的影响;采用扫描电镜观察了融雪抑冰材料的微观形貌;比较了融雪抑冰材料添加前后沥青混合料的路用性能.结果表明:疏水剂掺量(质量分数)增大,融雪抑冰材料疏水性能增强,沥青混合料盐分溶析速率减慢;偶联剂对融雪抑冰材料疏水性能影响较小,但对沥青混合料盐分溶析有一定程度的影响;融雪抑冰材料球磨时间越长,融雪抑冰材料粉体颗粒越细;融雪抑冰材料球磨时间的变化会影响到融雪抑冰材料的疏水性能和沥青混合料的盐分溶析;融雪抑冰材料粉体颗粒形状不规则,疏水剂覆盖在盐分表面上;与未掺融雪抑冰材料沥青混合料相比,掺融雪抑冰材料沥青混合料水稳定性稍高,高温稳定性和低温抗裂性略低;在降雪天气下,掺融雪抑冰材料沥青混合料具有明显的融雪抑冰效果.

镍钛合金表面微纳结构构建及其疏水性能研究

基于相对自由能和润湿方程,从平行沟槽方向和垂直沟槽方向探究镍钛合金表面单向沟槽阵列结构的润湿机制,建立Wenzel态和Cassie-Baxter态下的液滴接触角模型,分析不同尺寸参数下的接触角理论值。通过微铣削加工技术对镍钛合金表面进行改性处理,加工出所需的微结构,并采用VHX-5000超景深三维显微镜和JC2000D1型接触角测量仪测量分析其表面形貌、尺寸参数以及实际接触角。结果表明:微铣削制备的镍钛合金表面阵列结构尺寸精度较好,结构边界完整,满足设计要求;平行方向的实际接触角随着柱宽的增大而减小,最大静态接触角为145.4°,与平行方向的Cassie-Baxter态接触角趋势相符;垂直方向的Cassie-Baxter态理论接触角在数值上等于镍钛合金表面的本征接触角;同时垂直方向的实际接触角与Wenzel态接触角趋势不符,误差在42.1°内。

硅烷偶联剂表面改性二氧化钛粒子超疏水性能

针对无机二氧化钛(TiO2)粒子在有机体系中的分散性问题,采用硅烷偶联剂KH-570对无机填料钛白粉(二氧化钛,TiO2)的表面进行有机化改性;并通过红外光谱(FTIR)、接触角测试、沉降实验、扫描电子显微镜(SEM)等手段表征表面改性TiO2粒子的结构,测试其超疏水性能,分析超疏水表面形成的机理。结果表明,经KH-570表面改性的TiO2粒子的疏水性和分散性得到明显改善,当KH-570质量分数达到15%时,表面改性的TiO2涂层与水的静态接触角达152.5°,表现出良好的超疏水性能。

高温热处理速生桉木材的疏水性能研究

【目的】揭示速生桉木材的疏水原因,提高速生桉木材的生物耐久性。【方法】速生桉木材分别经180℃水蒸汽热处理1、2和4h后,测量接触角、粗糙度,进行FTIR分析、观察表面形貌特征,并对接触角、处理时间和粗糙度进行偏相关分析。【结果】未处理速生桉锯材表面接触角均值为86.57°,热处理锯材表面接触角均在112°以上。随着热处理时间的延长,接触角显著提高,接触角曲线变化趋于平稳有序。亲水官能团羟基在3415.37cm-1处出现吸收峰,未处理材的峰值吸光值为2.22,热处理1h后吸光值显著下降至1.38,热处理2和4h分别降低至1.34和1.30,降幅明显。亲水官能团羰基在1618.09cm-1处出现吸收峰,未处理材的峰值吸光值为0.80,热处理1h后,吸光值轻微下降至0.72,热处理2和4h后均为0.66,下降不再明显。速生桉木材在高温状态下表面发生开裂、扭曲等,影响了表面的平整度,但粗糙度变化并无显著规律。粗糙度与接触角净相关系数为-0.050,完全不相关;接触角和处理时间偏相关系数为0.746,显著相关;处理时间和粗糙度低相关。【结论】经180℃水蒸汽热处理后速生桉木材粗糙度与接触角变化无相关性,热处理时间对接触影响显著,热处理温度的提高会啬粗糙度,但不影响木材的疏水性能。

Au@PS纳米颗粒掺杂PDMS/(PVDF-TrFE)复合薄膜的制备及介电-疏水性能

结合乳液聚合和还原法在250 nm的聚苯乙烯(PS)微球表面均匀负载了Au纳米颗粒.通过溶液共混法,使Au@PS纳米颗粒与聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚偏氟乙烯-三氟乙烯[P(VDF-TrFE)](质量比为2∶3)均匀混合,制备出结构致密、Au@PS均匀分布的微突起的复合薄膜.研究了不同Au@PS纳米颗粒掺杂量对复合薄膜的结构、熔融结晶行为和介电疏水特性的影响.研究发现,Au@PS纳米颗粒的引入阻碍了P(VDF-TrFE)的β相的产生,但对PDMS/P(VDF-TrFE)复合薄膜的化学健结构没有显著影响;随着Au@PS纳米颗粒含量的增多,复合薄膜结晶温度和玻璃化转化温度升高,熔点略有降低.由于界面极化和微电容效应协同作用,掺杂Au@PS复合薄膜的介电常数有显著提升.PS球表面均匀负载的Au纳米颗粒减少了导电网络的构成,使介电损耗维持在较低值.掺杂5%(质量分数)Au@PS的复合薄膜介电常数达到22(100 Hz),分别为纯PDMS和PDMS/P(VDF-TrFE)的8.8倍和3.14倍,同时具有优异的疏水特性,接触角达到112.31°.

F-DLC疏水性能的研究

用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)法沉积氟化类金刚石(F-DLC)薄膜。俄歇电子能谱分析表明,制备的碳膜为典型的类金刚石结构。接触角测量仪测量了沉积在玻璃基底上的F-DLC薄膜的接触角,采用傅里叶红外分析了薄膜价键结构,原子力显微镜分析了薄膜表面粗糙度;结果表明,氟的掺入稳定了弱极化基团CF2的含量,同时使得薄膜表面平整,薄膜与水的浸润性变差,改善了薄膜疏水性能。研究表明,流量比、沉积温度、退火温度、沉积功率对接触角的影响是先增后减,这主要是由于CF2含量和薄膜表面粗糙度的变化造成的。

聚氨酯/碳纳米管复合材料的疏水性能研究

采用溶液共混法制备聚氨酯(PU)/碳纳米管(CNTs)复合材料,并探讨碳纳米管含量和分散方法对PU/CNTs复合材料疏水性能的影响。实验结果表明,随机分布的CNTs丛提供了微米/纳米的双重粗糙结构,这种结构具有较大的孔隙率和比表面积,具有较强的疏水性质。PU/CNTs复合材料表面的水接触角随着CNTs含量的增加呈现先增大后减小的趋势,且当w(CNTs)=5%时水接触角达到最大值111.52°;水接触角随着分散时间的延长逐渐增大,分散超过2.0h后出现了略微的下降,最佳的分散时间是2.0h;在采用不同分散方法制得的PU/CNTs中,水接触角由高到低依次是超声分散、磁力分散、机械分散,最佳分散方法为超声分散。

基于接触角法的镜片疏水性能检测评估

通过收集国内市面上的多家公司的各种型号的明示疏水性能和非疏水性能的镜片样本,在6个国家的10个实验室间,进行镜片样品的预处理以及接触角测量,对结果进行统计学分析。结果表明,本次实验数据差异来源主要是样品本身差异,实验室之间重复性很好,明示疏水镜片和非明示疏水镜片的接触角有显著差异,明示疏水功能镜片的接触角在110°±10°的范围,建议以105°作为区分两者的临界点。明示疏水和非明示疏水镜片差异具有统计学意义(t=-5.23,p<0.05)。采用Laplace Young方程和Circle方程对同一样品图片进行计算,具有显著差异(t=4.08,p<0.05),表明接触角测量计算模型会引起测量误差。本研究为行业内明示疏水膜层的镜片提供检测方法和性能指标参考,为制定相关国内标准和国际标准提供有效的验证数据。

石墨烯的疏水性能及其疏水改性的研究

文章介绍了石墨烯的疏水性及其影响因素,总结了石墨烯疏水改性材料的制备方法与材料的性能,为相关工作提供参考。

生物材料表面的超疏水性能研究进展

结合作者课题组的相关工作,介绍了植物叶子、昆虫翅膀及小型水面昆虫水黾等几种天然生物材料表面的微纳观结构及超疏水性能研究进展,并特别介绍了作者研究小组对蚊子腿部表面超疏水性能的研究成果,最后对天然生物材料表面超疏水性能的研究进行了总结和展望。

微结构与表面修饰对二氧化硅多孔薄膜疏水性能的影响

通过引入聚乙二醇(PEG)改性传统二氧化硅(SiO2)溶胶,得到了粒径分布较宽且粒径可控的溶胶。比较了六甲基二硅氮烷(HMDS)溶胶内修饰和薄膜表面修饰以及溶胶粒径对SiO2薄膜疏水性能的影响。采用动态光散射粒度仪定量测试了二氧化硅溶胶老化过程中粒度的变化,用原子力显微镜、接触角测试仪、红外光谱仪、紫外-可见-近红外分光光度计分别对薄膜的表面形貌、表观静态接触角、薄膜成分及透光率等进行了测量。结果表明:PEG的添加可有效增大溶胶粒度从而增大薄膜的粗糙度,提高薄膜的疏水性。表面修饰效果受修饰方式和SiO2粒径影响,粒径较小时有利于溶胶内修饰,粒径较大时有利于对薄膜修饰。经过表面修饰剂(HMDS)的气氛处理得到了接触角为152°的超疏水薄膜,而且相比溶胶内修饰可以减小薄膜透光率的损失。

方柱织构参数对吻合器钛钉表面疏水性能的影响

对于吻合器钛钉等体内植入物,感染的第一步是细菌在材料表面的黏附,提高表面疏水性是减少细菌黏附的有效方法。基于仿生学和有限元仿真技术,通过在吻合器钛钉表面加工方柱织构,建立织构表面的液滴铺展模型,利用商用CFD软件ANSYS Fluent研究织构宽度、间距和高度对接触角的影响规律,分析织构参数对钛钉表面疏水性能的影响。仿真结果表明,在给定的织构参数范围内,钛钉表面方柱织构有效提升了表面疏水性,织构宽度和间距对接触角影响显著,且接触角随宽度和间距的增加都呈先增大后减小的趋势,最佳疏水结构为宽度略小于间距,而高度对接触角的影响几乎可以忽略,随着高度增加疏水性略微增大。

AH32钢表面制备复合涂层的疏水性能及耐蚀性能

采用等离子体增强化学气相沉积和等离子渗氮技术在AH32船板用钢表面制备渗氮、类金刚石及渗氮/类金刚石复合涂层。利用扫描电镜表征不同涂层微观组织形貌的差异;利用失重法探寻不同涂层在海水中的耐冲刷腐蚀能力;利用动态接触角测量仪测量不同涂层的疏水性能;利用电化学工作站测量不同工艺下制备涂层的耐蚀性能,并讨论相关的疏水及耐蚀机理。结果表明:3种涂层均明显改善了AH32钢的耐海水冲刷腐蚀能力。制备涂层后,AH32钢的腐蚀失重率从2000g/(m^2·a)下降至1250~1500g/(m^2·a)。AH32基体接触角为74.9°,疏水性能最差。渗氮处理表面的接触角可达112.4°,疏水性能最佳。3种涂层的耐蚀性能明显优于AH32钢基体。仅镀类金刚石涂层的耐蚀性能略优于仅镀渗氮涂层,渗氮之后镀类金刚石复合涂层的耐蚀性能最佳。

不锈钢基ZnO薄膜的水热合成及其疏水性能研究

结合sol-gel法和水热法,在不锈钢表面原位合成纳米ZnO薄膜并对其进行了XRD、FT-IR、SEM及亲疏水性表征分析。研究结果表明,在附有ZnO种子层的不锈钢基片上,ZnO沿c轴择优取向外延生长。当pH值为11.5时,不锈钢基片上生长的ZnO纳米棒每5~8根在末端集结成束,形成具有微-纳米结构的ZnO薄膜。经十八酸改性后,疏水性基团与ZnO表面羟基反生类酯化反应嫁接到ZnO表面,使具有微-纳米结构的ZnO薄膜与水接触时产生"荷叶效应",不锈钢表面由亲水转变为超疏水。