仿生超疏水多级结构表面设计及机理研究

目的实现液滴在仿生超疏水表面的水黏附力调控。方法通过调控表面结构实现薄膜由仿玫瑰花瓣高黏附疏水表面转变为仿荷叶低黏附超疏水表面。将PS微球与无水乙醇混合制得涂层结构,将其转移到半固化的PDMS表面蒸发固化,通过调控PS微球的尺寸和混合比例,得到具有水黏附力可控的超疏水表面。利用场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪和接触角测量仪,对薄膜表面的微观形貌、粗糙度和润湿性能进行表征。最后利用两种不同功能的表面制备了简易的液滴无损转移装置。结果通过制备直径为80 nm、8μm以及80 nm-8μm混合PS微球表面,发现80 nm和8μm表面的液滴接触角分别为129.3°和131.4°左右,但两种表面均呈现出液滴高黏附现象,即使表面翻转180°液滴也不会滚落。但80 nm-8μm混合表面呈现出低黏附超疏水现象,接触角可达158.3°,滚动角为8.9°。此外当两种粒子按体积比为1:1混合时,超疏水性最好。结论制备出的具有不同液滴黏附性的仿生超疏水表面,可实现微量液滴的无损转移,在自清洁、减阻、微流体和生化分析等领域具有应用潜力。

KCC-1/硅橡胶复合微球的制备及性能研究

通过改变反应条件制备了不同粒径、形貌的树枝状纤维形二氧化硅(KCC-1),将其进行改性后与硅橡胶微球进行复合得到KCC-1/硅橡胶复合微球。当KCC-1质量为硅橡胶微球质量的3%时为最佳比例。以此为最佳比例制备了系列主客体尺寸比不同的复合微球。通过动静态接触角测试可知,复合微球涂层水接触角呈现逐渐减小的趋势,而油接触角先增大后下降;涂层呈现出高疏水高粘附现象,这是由涂层表面微结构及表面化学成分共同决定。KCC-1/硅橡胶复合微球比纯硅橡胶微球具有更好的热稳定性。

MoO_(2)/MoS_(2)复合材料构建超疏水表面

超疏水材料表面构建的纳微粗糙度结构通常较为脆弱,且表面暴露于腐蚀性环境时通常会失去其超疏水性。为了解决这一问题,本研究以MoO_(3)为原料,采用两步气相硫化法制备出MoO_(2)/MoS_(2)复合材料。通过表征发现MoO_(2)/MoS_(2)复合材料具有良好的纳微粗糙度结构,且有优异的自润滑性和化学惰性。采用聚四氟乙烯滤纸负载MoO_(2)/MoS_(2)复合材料粉末,所构建的表面具有超疏水性(水接触角154.9°)和强液滴黏附力。本研究结果为制备具有高黏附力、耐腐蚀、耐磨损的超疏水表面提供了新思路,为解决腐蚀性液体微液滴的无损转移提供了新途径。

微注射压缩成型超疏水表面的微结构设计和调控

用微注射压缩成型(μ-ICM)方法,分别借助双级和三级复合微结构模板,以单步模板法制备表面呈微结构的大尺寸聚丙烯(PP)样品.研究发现,采用双级结构模板,在较低模具压缩力下制备的表面呈单级结构(封闭式微棱),可一定程度地提高表面疏水性,使静态接触角(CA)从PP的本征值(85.0°)增大至134.2°;较高的模具压缩力可保证微棱及其上层的微锥体得以完整复制,形成双级复合结构,使表面呈现荷叶效应(CA大于150°,滚动角(RA)小于5°).在均匀分布、直径250μm的微柱上表面构建上述的双级结构,形成三级复合结构,可赋予样品表面更高的CA(达到164.5°),此外,水滴在微柱上表面的边缘周围形成局部的非复合润湿状态,使表面的RA超过90°,表现出花瓣效应.

超疏水高分子材料表面的微结构设计及其可调的黏附性

采用微注射压缩技术,以单步模板法制备表面具有微结构的大尺寸聚丙烯样品.以2种目数不同的筛网为模板,制备的样品表面呈现由微棱和高纵横比的微锥体构成的双级复合微结构;构建由上述2种筛网与2种孔径不同的冲孔板叠加而成的4种模板,制备的样品表面呈现由均匀分布的微柱和其顶面的上述双级复合微结构构成的三级复合微结构.这6种表面的静态接触角均高于150°(即呈现超疏水特性),滚动角在5.5°至大于90°之间变化(即黏附性可在大范围内调节).对在直径较小的微柱上成型数量较少的微锥体和微棱的表面,水滴形成全局非复合润湿状态,从而呈现高粘附特性(花瓣效应);对在直径较小的微柱上成型数量较多的微锥体和微棱的表面,水滴形成局部非复合润湿状态,呈现较高粘附特性;对呈现双级复合微结构或在直径较大的微柱上成型数量较多的微锥体和微棱的表面,水滴形成全局复合润湿状态,呈现较低粘附特性,其中微锥体及其间隙较小的表面呈现荷叶效应.