亚微米聚苯乙烯微球在气-液界面组装的机理研究

系统地研究了亚微米聚苯乙烯微球在气-液界面的组装机理.聚苯乙烯微球在介质对流的带动下会到达悬浮液的表面并在气-液界面组装，气-液界面处聚苯乙烯微球间由弯液面产生的毛细管力是组装的推动力.界面处聚苯乙烯微球在干燥过程中其润湿性发生了转变，由完全润湿到部分润湿并最终变成不润湿，相应的聚苯乙烯微球与分散介质间接触角也逐渐增大.研究表明，只有接触角达到或超过某数值θ′_critical时，才能够出现气-液界面组装现象.考虑到PS胶粒晶体的表面是“规则”粗糙的表面，由Wenzel公式知θ′_critical大于测量值θ＝22°.聚苯乙烯微球润湿性的转变是界面组装发生和持续进行的关键性因素. 关键词： 自组装 胶粒晶体 聚苯乙烯微球 润湿性     

煤尘表面碳、氧基团随变质增加的演化规律及其对润湿性的影响

为探究煤自身结构差异对润湿性造成的影响,针对煤尘中碳、氧两大主要元素展开研究。通过NMR以及XPS实验分别获得六种不同变质程度煤尘表面碳(氧)基团的分布特征,利用距离分析得到碳(氧)基团的演化规律,发现随变质程度加深,一种基团的增减会伴随着其他基团的变化,是聚类变化的过程。碳基团中的芳烃碳(Ar-C,H)与羧基碳(-COOH)、次甲基碳(CH2)、醚基碳(Ar-O、R-O)演化规律接近,氧基团中的羟基氧(-OH)和醚基氧(C-O-C)的演化规律接近。利用因子分析研究碳、氧基团演化对润湿性的影响,发现芳香基团(Ar-C,H)作为解释碳基团对煤尘润湿性(接触角)影响程度的公因子,贡献95.366%的因素,是碳基团的主要影响因子,羟基(-OH)作为解释氧基团对煤尘润湿性(接触角)影响程度的公因子,贡献94.818%的因素,是氧基团的主要影响因子。     

C12-m-C12型阳离子Gemini表面活性剂在煤沥青表面的润湿性

利用座滴法和电泳法研究了阳离子Gemini表面活性剂C₁₂-m-C₁₂·2Br^-(m=4、6、8、10)在煤沥青表面的润湿性质及吸附机理。结果表明, 表面张力均随表面活性剂浓度的增大而减小, 超过临界胶束浓度(CMC)后趋于平稳, 接触角θ和铺展系数S的变化趋势与表面张力类似; 在所研究浓度范围内,C₁₂-10-C₁₂型表面活性剂的γ_lg~cosθ曲线符合Zisman理论, 且侵湿功(W_i)与表面张力也呈线性关系; 煤沥青表面的Zeta电位随表面活性剂浓度的增加从负电变为正电,最后趋于平稳, 且零电位对应的浓度比CMC至少低一个数量级; C₁₂-8-C₁₂型Gemini表面活性剂能显著改变煤沥青表面的润湿性. 由Gemini表面活性剂在煤沥青表面润湿结果及Zeta电位可以看出, C₁₂-m-C₁₂型Gemini表面活性剂在煤沥青表面的润湿是静电作用和范德华吸附共同作用的结果; 润湿过程可分为三个阶段。     

冻雨环境下润湿性表面覆冰黏附力测试方法

覆冰黏附力是仿生超疏水材料防结冰工程应用的关键技术指标之一. 根据覆冰样片降温过程中产生应变受冰层黏附力作用的原理, 提出利用电阻应变片传感器于模拟冻雨结冰环境下在线检测覆冰黏附力的方案. 应变片应变信号经数据采集、信号转换和软件处理, 实现了应变传感电压实时监测与在线显示, 结合受力分析对比计算出不同润湿性表面覆冰黏附力. 该方法可实时表征低温结冰环境下不同润湿性表面的结/融冰行为及覆冰黏附力变化趋势.     

润湿性及磁场对液态金属自由表面膜流流动状态的影响

通过数值模拟及实验研究了润湿性及磁场对液态金属膜流流动状态的影响。首先,通过数值模拟研究了润湿性对膜流流动状态的影响。结果表明,当润湿性不好时,液态金属膜流容易发展为溪状流而不能完全覆盖底壁,入口膜厚较薄时更易发展为溪状流;在入口膜厚及其它情况相同时,密度越小越易发展为溪状流。其次,研究了磁场对膜流流动状态的影响。结果表明,槽道与流体润湿性不好时,有磁场情况下液态金属膜流覆盖底壁的区域较无磁场时增加,强磁场对膜流的湍流有抑制作用。最后,液态金属膜流实验结果表明,润湿性不好时,镓铟锡合金膜流容易收缩发展为溪状流,这与数值模拟的结果是一致的。上述研究结果对磁约束聚变堆液态第一壁的设计具有指导意义。     

功能化超疏水材料的研究与发展

超疏水材料由于其独特的自清洁性能在日常生活和工业领域中有着广泛的应用前景。目前,随着单一功能化超疏水材料研究的成熟,超疏水材料性能的多样性,如透明性、耐磨耐久性、润湿性转换等,在基础研究和实际应用中受到了广泛的关注。透明超疏水涂层除了具备一般超疏水涂层的性能外还具有良好的透光性;而提高超疏水材料的耐磨耐久性在实际应用中具有极为重要的意义;润湿性转换则扩展了超疏水表面在油水分离等方面的应用。虽然已有较多关于超疏水材料的研究,但仍然无法满足人们对超疏水表面功能性的需求,因此研究功能化超疏水涂层具有更加深远的意义。本文综述了超疏水材料在透明性,耐磨耐久性,润湿性转换以及混合物分离等方面的研究进展,并展望了超疏水材料领域未来的研究热点和发展方向。     

聚苯乙烯微球在乙醇/水混合分散介质悬浮液气-液界面自组装:快速组装单层胶粒晶体

本文提出了一种组装单层聚苯乙烯(PS)胶粒晶体的方法。一定温度下,一定质量比乙醇和水(乙水比K)作为分散介质的悬浮液气-液界面处,可快速自组装出单层PS胶粒晶体。研究表明,悬浮液中的PS微球在对流的带动下到达气-液界面,在两个PS微球之间由弯液面产生的毛细管力推动下组装在一起,并形成组装核心。后续到达气-液界面的PS微球与组装核心持续组装,最终在悬浮液的气-液界面形成单层PS胶粒晶体。通过改变乙水比K,调整混合分散介质与到达气-液界面的PS微球之间的润湿性,进而改变组装推动力,最终实现单层PS晶体的组装。因此分散介质中的乙水比K是单层PS胶粒晶体形成的关键因素。PS微球的质量百分比浓度虽也可影响PS胶粒晶体薄膜的层数,但乙水比K15∶1时,单纯降低浓度无法得到单层PS胶粒晶体。组装温度仅对晶体的质量产生影响。     

Ti对Al-Ti合金与金刚石的润湿性和把持力的影响

本文首先研究了Ti对Al-Ti合金与金刚石润湿性的影响,然后以不同Ti含量的Al-Ti合金为基体,加入金刚石,利用热压烧结制备没有和有金刚石铝基节块.测量了节块的抗弯强度并计算了铝基结合剂对金刚石的把持力.结果表明:随着Ti含量的增加,Al-Ti合金对金刚石的润湿性有明显的改善,所以当Ti含量为5wt;时,没有和含有金刚石的Al-Ti节块的抗弯强度值最高,分别为135 MPa和102.1 MPa;把持力系数最大,达到75.6;.     

水驱油藏中原油极性物质对吸附和润湿性影响的分子模拟

为了研究水驱油藏中原油极性物质的吸附机理及其对油藏表面润湿性的影响,构建以石英为代表的砂岩岩石骨架模型,己烷为代表的非极性物质模型和以甲苯、胶质和沥青质为代表的极性物质模型,运用分子模拟方法研究4种原油组分和水分子在砂岩油藏表面竞争吸附过程和润湿状态。结果表明：水与4种原油组分在石英矿物表面竞争吸附时,原油中的非极性物质会比极性物质更加容易脱附。极性物质会随着时间的变化逐渐吸附在矿物表面,非极性的物质会随着时间变化逐渐远离矿物表面。吸附过程中静电力起吸附作用,范德华力起排斥作用。最后结合润湿性实验结果,从机理上解释了不同原油组成对润湿性的影响,即原油组分中极性物质含量越高,胶质沥青质含量越大,岩石表面油湿性越大,且水驱过程中润湿性向亲水方向变化越难。结论对提升水驱油藏采收率影响因素的认识有重要意义。     

超疏水二氧化钛薄膜的制备及其经紫外光照射引发的超亲水性研究

通过水热反应,在玻璃基底上沉积生成TiO₂薄膜,TiO₂薄膜呈花朵状,具有微纳米级的复合结构,在其表面有大量的乳状突起,经辛基三甲氧基硅烷表面修饰后表现出良好的超疏水性,静态接触角为164°,滚动角为4°。经紫外光照射4~6 h后,其表面变为超亲水性,接触角接近0°。用红外光谱,X射线光电子能谱(XPS)对其表面物质及元素进行表征,最后用Cassie理论对膜的润湿性进行了分析。