基于棕榈酸改性纳米TiO2超疏水涂层的制备

目前超疏水表面制备方法众多,但其改性机理及疏水机理研究仍不够完善。通过棕榈酸改性纳米TiO_(2)制备一种高效超疏水表面并分析其改性和疏水的机理。试验上按不同改性配比制得悬浮液,通过两步喷涂法将悬浮液喷涂到铝基表面制备得到超疏水表面,并采用傅里叶红外光谱仪和扫描电子显微镜进行表征与分析。研究中采用分子动力学模拟方法构建棕榈酸改性纳米TiO_(2)模型和润湿模型,使用COMPASS Ⅱ力场进行分子动力学模拟,通过体系构型以及均方根位移和径向分布函数的计算结果对改性机理、不同改性配比效果及微观润湿行为进行分析研究。经试验与模拟的验证,不同的改性配比形成不同的微纳结构对表面润湿性有着极大的影响,通过表征测试筛选得到最佳改性配比,成功改性制备得到接触角为164.4°的超疏水表面。经分析可知,棕榈酸与纳米TiO_(2)通过氢键吸附发生脱水缩合反应产生酯键,成功将亲水性的纳米TiO_(2)改性为超疏水性,改性配比制备的表面不仅表面能低,而且形成层次分明的微纳结构使得表面超疏水性能更佳。通过宏观试验与微观分子动力学模拟相结合的方法研究分析得到PA改性纳米TiO_(2)机理、不同改性配比对表面润湿性影响和疏水机理,进一步完善制备超疏水表面的相关机理研究,在超疏水表面制备及研究方面具有参考意义。

硬脂酸改性三氧化二铝表面润湿性的特性分析

目的研究氧化铝经硬脂酸分子改性后的润湿行为,从表面改性角度探索聚合物自组装润湿性原理,进而制备出一种疏水性能良好的超疏水表面。方法使用COMPASS力场进行分子动力学模拟,构建基于非键合粒子的Al2O3超晶胞模型体系,采用最速下降法和共轭梯度法进行优化,使所构建的模型在体系平衡下保持能量最小原则,并对其求解分析。进而基于模拟材料,通过两步喷涂法制备以改性纳米氧化铝为涂层的超疏水表面,观察表征特征,验证模型的正确性。最后从模拟构象、径向分布函数以及均方根位移方面分析氧化铝经硬脂酸分子改性前后水分子团簇在玻璃、氧化铝表面的微观润湿行为。结果经硬脂酸改性后,氧化铝表面由亲水表面成为疏水表面。经分子动力学模拟表明,当硬脂酸浓度增加,每个硬脂酸的表面能由-110.5kJ/mol变为-80.4kJ/mol,硬脂酸分子降低了水分子团簇在玻璃和氧化铝表面的扩散系数,对疏水性的强弱有着重要的影响。结论氧化铝颗粒与玻璃表面都具有强亲水性,且氧化铝对水分子的吸附能力要强于玻璃。硬脂酸能够降低氧化铝的表面能,且与纳米氧化铝发生化学反应后,将氧化铝由超亲水改性为超疏水。