超疏水性材料表面的制备、应用和相关理论研究的新进展

文章总结了Wenzel方程、Cassie方程及一种具有极高精确度的,可方便测出固体表面上液滴前进角和后退角的测试方法等超疏水表面的最新理论研究成果;回顾了溶胶凝胶法、化学修饰法、喷涂法、液相法、化学蚀刻法、水热法、微相分离法、原位聚合法、静电纺丝法、阳极氧化法等近几年出现的超疏水表面的制备方法;介绍了在微物质能量、生物医学、光学、燃料以及电池应用等领域超疏水表面的最新功能性的应用。最后,客观地展望了超疏水表面制备及理论研究的发展方向。     

聚异丙基丙烯酰胺接枝聚丙烯膜表面接触角温敏性“黏滑”行为研究

固体表面尤其是温敏性表面的湿润行为对其实际应用具有重要的影响, 本文报道了聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)接枝聚丙烯微孔膜表面水接触角的温敏性“黏滑”现象. 扫描电镜被用于表征接枝膜表面的形貌变化, 发现在PNIPAM的低临界共溶温度(LCST)以上膜表面接枝层突起较为明显. 水接触角实验表明未改性聚丙烯膜表面的前进角和后退角行为正常, 且随温度无明显变化, 而PNIPAM接枝膜在LCST以上则出现了“黏滑”现象(stick-slip). “黏滑”行为产生的主要原因可能是在LCST以上PNIPAM链的收缩使得膜表面出现能垒, 因而造成液滴三相线的“黏滑”.     

茶多酚的表面性能研究

通过分别测试二碘甲烷、水、甲酰胺等液体在茶多酚上的接触角,并根据van Oss-Chaudhury-Good的组合理论对茶多酚的表面性能进行研究。结果表明茶多酚的表面能随着茶多酚的含量增加而提高;且随着茶多酚的含量增加,儿茶素类物质即含酚羟基类物质的含量进一步增加,形成氢键的几率进一步增大,导致分子之间作用力和氢键力加大,因而使茶多酚的表面能提高。     

MBA接枝聚丙烯微孔膜的亲水改性研究

运用表面吸附法使聚丙烯微孔膜表面覆盖上引发剂,然后浸入氮氮亚甲基双丙烯酰胺(MBA)水溶液在一定温度下进行接枝反应。研究了引发剂用量,单体浓度,反应时间与温度对接枝率的影响,并用红外、扫描电镜对聚丙烯膜接枝前后的微孔膜进行了表征。同时对膜的亲水性和水通量进行了测试,发现其亲水性能有了极大的提高,其中接枝改性后接触角与未接枝的相比降低了90°以上,吸水率最多提高了12%,但是水通量有所下降。还对改性微孔膜的抗污染性能进行了探究。     

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。     

主链含N-烷基咔唑环结构聚芳醚酮的性能表征

对含N-烷基咔唑环结构的聚芳醚酮(PPCzE、PPCzB和PPCzH)进行基本物理性能方面的表征,并与商业化酚酞基聚芳醚酮(PEK-C)进行比较。 咔唑环结构的引入使聚合物在345 nm附近有强紫外光吸收并表现出发蓝光能力。 由于疏水性烷基侧链的存在,聚合物薄膜的水接触角(87°~103°)大于PEK-C(76°),但同时烷基侧链所引起的聚合物链间距的增大导致聚合物的吸水率(0.65%~0.86%)高于PEK-C(0.56%)。 此外,聚合物表现出较好的尺寸稳定性(平均线膨胀系数6.4×10^-5 ℃^-1)和电绝缘性能(体积电阻率10¹⁶ Ω·cm)。 聚合物的拉伸模量在1.9~2.0 GPa之间,拉伸强度在72.5~75.0 MPa之间以及断裂伸长率在6.5%~7.2%之间。 高温条件下(≤225 ℃),PPCzE仍具有良好的拉伸性能。     

RV减速器主支撑角接触球轴承混合润滑分析

针对RV减速器角接触球轴承承受预紧力、轴向力和径向力等联合外载荷作用的工况,分析得出了内、外圈滚道接触界面的接触区几何参数和接触载荷.在此基础上,综合考虑了角接触球轴承的接触区宏观几何、接触载荷、真实表面粗糙度、瞬态效应等因素,建立了角接触球轴承混合润滑数学模型,分析了在不同工况下角接触轴承的润滑状况及表面以下应力分布.结果表明:随着载荷的不断增加,钢球与内圈沟道之间的油膜厚度会不断减少,导致干接触面积迅速扩大,接触点表面以下最大应力增大;转速的增加会使油膜变厚,干接触面积缩小.该结果对角接触球轴承的实际工程应用具有重要借鉴意义.     

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°.