超疏水膜表面构造及构造控制研究进展

本文就表面构造对膜表面亲、疏水性的最新研究成果进行了概括,表面化学成分及化学结构聚集态是获得超疏水膜的基础,表面的形貌和微构造是维持超疏水性质的保障。利用含氟材料极低的表面能,将表面化学结构的聚集态,表面形貌微观构造及排列方式进行有机结合,将会获得理想的超疏水材料。     

Nafion薄膜表面微结构转变

采用旋涂法,以不同表面预处理的硅片为衬底镀上Nafion膜,将硅片上薄膜进行退火处理,得到不同衬底上退火前后的Nafion膜.通过原子力显微镜对薄膜的表面形貌进行了表征和观察,基于慢正电子束的正电子湮没多普勒谱获得薄膜中正电子湮没线性参数S与正电子注入能量E的关系曲线,用接触角测定仪测得不同衬底的Nafion膜表面接触角.研究结果表明,不同预处理的衬底硅片对Nafion膜表面的微结构有影响,热处理引起薄膜中分子链运动,导致退火前后薄膜表面层亲水基的分布发生了转变.     

喷涂法构筑二氧化硅纳米粒子涂层及其光学和润湿性质

采用Stöber方法,通过调节反应温度及乙醇和水的体积,合成了不同粒径的二氧化硅纳米粒子.以合成的粒径为20 nm的二氧化硅纳米粒子为原料,采用简单、方便的喷涂方法在玻璃片上构筑了纳米粒子涂层.在550 ℃煅烧二氧化硅纳米粒子涂层,增强了二氧化硅纳米粒子在玻璃片上的附着力.用1H, 1H, 2H, 2H-全氟辛基三乙氧基硅烷修饰之后,二氧化硅纳米粒子涂层的表面润湿性由亲水性转变为疏水性.通过喷涂法制备的二氧化硅纳米粒子涂层具有减反增透效果,当二氧化硅纳米粒子质量分数为0.48%、循环喷涂沉积数为3时,涂层在可见光范围内的最大透光率可达95.5%.用扫描电子显微镜观测涂层表面形貌发现,喷涂法制备的涂层是均匀的、可控的.喷涂技术构筑纳米粒子涂层具有简单快速、可大面积应用等优点.     

反应离子刻蚀和自组装分子膜构建硅基底疏水与超疏水表面

采用反应离子刻蚀技术在Si(100)表面加工微米级圆柱阵列, 采用自组装技术分别制备了3种硅烷自组装分子膜. 结果表明, 采用反应离子刻蚀构建出的4种微米级圆柱阵列结构规整, 其直径为5 μm, 高度为10 μm, 间距为15~45 μm. 沉积自组装分子膜后, 试样表面的水接触角显著增大, 其中沉积1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜接触角最大, 1H,1H,2H,2H-全氟辛烷基三氯硅烷(FOTS)次之, 三氯十八硅烷(OTS)最小. 测得的接触角大于150°时接近Cassie方程计算的接触角, 而小于150°时接近Wenzel方程计算的接触角. 改变圆柱阵列的间距和选择不同的自组装分子膜, 可以控制表面接触角的大小. 原子力显微镜(AFM)观测结果显示, 沉积自组装分子膜可以产生纳米级的团簇. 由微米级圆柱阵列和纳米级自组装分子膜构成的表面结构使Si试样表面接触角最大可达156.0°.     

Residual stress induced wetting variation on electric brush-plated Cu film

Nanocrystalline Cu film with a mirror surface finishing is prepared by the electric brush-plating technique. The as- prepared Cu film exhibits a superhydrophilic behavior with an apparent water contact angle smaller than 10°. A subsequent increase in the water contact angle and a final wetting transition from inherent hydrophilicity with water contact angle smaller than 90° to apparent hydrophobicity with water contact angle larger than 90° are observed when the Cu film is subjected to natural aging. Analysis based on the measurement of hardness with nanoindentation and the theory of the bond-order-length-strength correlation reveals that this wetting variation on the Cu film is attributed to the relaxation of residual stress generated during brush-plating deposition and a surface hydrophobization role associated with the broken bond polarization induced by surface nanostructure.     

Non-contact angle measurement based on parallel multiplex laser feedback interferometry

We present a novel precise angle measurement scheme based on parallel multiplex laser feedback interferometry （PLFI）, which outputs two parallel laser beams and thus their displacement difference reflects the angle variation of the target. Due to its ultrahigh sensitivity to the feedback light, PLFI realizes the direct non-contact measurement of non- cooperative targets. Experimental results show that PLFI has an accuracy of 8＂ within a range of 1400＂. The yaw of a guide is also measured and the experimental results agree with those of the dual-frequency laser interferometer Agilent 5529A.     

基于近红外光谱的柔性基底紫外臭氧改性效果表征研究

近年来,随着纳米科技、聚合物材料和先进制造技术的发展,以柔性传感器为代表的新兴柔性电子器件在可穿戴、健康医疗、物联网终端等领域发挥着越来越重要的作用。作为柔性电子器件的载体,柔性基底对传感器的机械可靠性和电学传感性能等方面有着重要的意义。但由于其表面非极性键造成的高疏水性限制了功能性材料在其表面的沉积,常常造成柔性基底层与电极层/敏感层之间不稳定的界面结合。因此,利用紫外臭氧处理对柔性基底表面改性受到了广泛的关注。利用近红外光谱技术对柔性基底的紫外臭氧处理效果进行快速精准评估,旨在从基团分子层面探究其改性效果,在实际应用中是对传统依靠接触角测量评估方法的有效补充。具体而言,对四种常见的柔性基底材料聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚酰亚胺（PI）进行了1/2/5/10 min不同时长的紫外臭氧（UVO）改性处理,并利用近红外光谱对其改性效果进行表征研究,最后利用接触角测量方法对上述的表征结果进行了验证分析。近红外光谱分析表明：对于柔性PDMS基底,紫外光能量不足以切断其中的甲基（—CH₃）官能团和（—C—Si—）等化学键,无法引入羟基、羧基等亲水性基团。对于柔性PEN和PET基底而言,紫外臭氧处理的效果要优于柔性PDMS基底,且对柔性PET基底的处理效果要优于柔性PEN基底,其原因可能是PEN基底材料中萘环的双环结构具有很强的紫外光吸收能力,阻隔了380 nm以下的大部分紫外线能量。对于柔性PI基底,紫外臭氧处理可以有效引入羟基（—OH）和羧基（—COOH）等活性基团,且这些官能团的强度和数量随着处理时间的增加而增加,从而在短时间内使得PI基底表面能增大、接触角减小、湿润性提高。接触角测试结果验证：紫外臭氧处理对于柔性PDMS基底处理效果不明显（接触角下降幅度为8.4%）;对柔性PET基底处理的效果（接触角下降幅度为39.6%）要优于柔性PEN基底的处理效果（接触角下降幅度为9.4%）;紫外臭氧处理的效果对柔性PI基底处理效果最佳,接触角下降幅度达到了62.7%。     

超疏水聚硅氧烷涂层的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法,以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为有机硅前驱体,通过酸-碱催化水解-缩合得到聚有机硅氧烷凝胶,经浸涂-提拉成膜技术在玻璃表面制备超疏水聚硅氧烷涂层。通过红外光谱(FT-IR)、水接触角(WCA)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等分析技术对涂层进行了结构表征、疏水性测试和表面形貌观察。结果表明,涂层内部形成带有甲基和残余硅羟基基团的网络结构。当n(MTES)∶n(EtOH)∶n(H2O)分别为1∶35∶8和1∶45∶8时,在室温制备的涂层对水的接触角可分别高达160°和162°,滚动角均低至7°,并且涂层在250℃以下的热处理过程中,其疏水性基本保持不变。FE-SEM观察证实了涂层表面分布着许多孔径为0.5～1.0μm的微孔和粒径为50～100 nm的纳米颗粒聚集体,具有微-纳米尺寸相结合的双重结构。此外涂层还具有较高的透明性、对腐蚀性液体具有超疏水性。研制得到的超疏水涂层有望用于玻璃、织物、金属和塑料等基底表面作为保护和防腐蚀涂膜。     

芴酮引发光接枝改性LDPE膜的研究

采用紫外光引发接枝表面改性的方法,以芴酮(FL)为引发剂,在低密度聚乙烯(LDPE)薄膜表面上接枝丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸甲酯(MA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酰胺(AM)等单体,以赋予薄膜表面新的化学性质.考察了引发剂浓度、紫外光的辐照时间、辐照强度、单体种类对LDPE薄膜接枝程度的影响.结果表明,在一定范围内,增加芴酮浓度,可以提高单体的接枝率,但当芴酮浓度达到5%时,接枝率反而下降.延长辐照时间至4 min和提高紫外光的辐照强度达100 W/m2,均有利于接枝反应的进行.不同单体在LDPE膜上的接枝能力与单体的活性、单体与基材的相容性等因素有关.接枝后,LDPE与水的接触角下降程度不仅与单体在膜上的接枝量有关,还与接枝单体的亲水性能密切相关.     

分散液膜气/液/固三相线界面区宽度在金属大气腐蚀中的作用(英文)

使用接触角测量和电化学技术研究了三相线界面区(TPB)宽度在分散液膜下金属腐蚀过程中的作用.研究发现,阴极极限电流和腐蚀电流密度随TPB宽度增加而线性增大,表明TPB宽度对气/液/固多相体系腐蚀过程具有重要影响.因此,可根据TPB宽度评价分散液膜厚度对大气腐蚀速率之影响.