特殊浸潤性表面的構(gòu)建及其自修復性能研究.pdf

1、表面浸潤性是固體材料的重要表面特性之一，是一種廣泛存在于自然界的表界面現(xiàn)象。衡量表面浸潤性最基本的物理參數(shù)是液體在固體表面上的接觸角，通常認為接觸角小于10o時，液體完全浸潤固體表面，此類固體表面為超親液表面，接觸角大于150o時，液體很難浸潤固體表面，此類固體表面為超疏液表面。因此，表面的特殊浸潤性主要體現(xiàn)在表面對液體的極端潤濕或極端排斥作用。
　　基于自然界荷葉、水黽腿、蝴蝶翅膀以及蚊子復眼等浸潤性表面的啟示，仿生構(gòu)建特殊浸潤

2、性表面成為了近年來表界面領域的一個重要研究方向。雖然仿生特殊浸潤性表面在自清潔、防污、減阻、防霧、防覆冰、耐腐蝕、油水分離等領域有著廣泛的應用前景。但是，大部分人工特殊浸潤性表面的構(gòu)建過程比較復雜，而且，其表面微結(jié)構(gòu)和低表面能化學物質(zhì)的穩(wěn)定性差，壽命短，受到外力作用時很容易失去其特殊浸潤性，這限制了特殊浸潤性材料的制備和應用。因此，建立簡便易行的構(gòu)建特殊浸潤性表面的方法，提高特殊浸潤性表面的耐用性是特殊浸潤性材料實用化的迫切需求，也是表

3、界面領域亟待解決的重要問題。
　　針對上述亟待解決的科學問題，本論文以建立簡便易行的仿生特殊浸潤性表面的構(gòu)建方法和實現(xiàn)表面特殊浸潤性的自修復為目的，開展了仿生超疏水表面及超雙疏表面的設計、制備、表征與應用的系統(tǒng)研究工作，研究了特殊浸潤性表面與其表面微結(jié)構(gòu)和表面化學的內(nèi)在關系，并研究了溫度作用、機械力作用、近紅外光作用下表面特殊浸潤性的自修復能力。其主要研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下：
　　1.基于席夫堿反應，利用界面聚合法獲得了仿生

4、聚多巴胺@十八胺（Polydopamine@Octadecylamine，PDA@ODA）納米膠囊。并利用原位沉積法將PDA@ODA納米膠囊修飾于織物表面獲得了自修復疏水性織物。研究發(fā)現(xiàn)。PDA@ODA納米膠囊的球形結(jié)構(gòu)與其表面烷基鏈的低表面能化學特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級結(jié)構(gòu)和低表面自由能，實現(xiàn)了織物表面的疏水性能。外力作用下疏水性喪失后，溫度作用可以使 PDA膠囊封裝的ODA熔化并釋放遷移至PDA膠囊表面，降低表面的自由能，

5、實現(xiàn)織物表面疏水性能的自修復?；跍囟茸饔孟驴椢锉砻媸杷缘淖孕迯湍芰σ约癙DA@ODA納米膠囊在織物表面的強粘附性，可以賦予疏水性織物良好的耐洗滌和耐磨損能力，從而提高了疏水性織物的耐用性。在自清潔應用中，PDA@ODA納米膠囊修飾的疏水性織物對液體和固體污染物均具有良好的防污和自清潔能力。
　　2.利用原位沉積法將 PDA@ODA納米膠囊和聚多巴胺@十八硫醇（Polydopamine@Octadecanethiol，PDA@O

6、DT）納米膠囊分別修飾于不同織物表面獲得了自修復超疏水織物。研究發(fā)現(xiàn)，PDA@ODA或PDA@ODT納米膠囊的球形結(jié)構(gòu)與其表面烷基鏈的低表面能化學特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級結(jié)構(gòu)和低表面自由能，實現(xiàn)了織物表面的超疏水性能。外力作用下超疏水性能喪失后，機械力（拉伸、擠壓、摩擦）作用可以促使PDA膠囊封裝的ODA或ODT有效釋放，并使其成功遷移至PDA膠囊表面而降低織物的表面自由能，實現(xiàn)織物表面超疏水性能的自修復。機械力及日常機械洗滌

7、作用可以成功應用于超疏水表面的自修復過程。
　　3.利用原位沉積法將PDA@ODA-Fe3O4納米膠囊修飾于織物表面獲得了自修復超疏水織物。研究發(fā)現(xiàn)，PDA@ODA-Fe3O4納米膠囊的球形結(jié)構(gòu)和PDA膠囊表面烷基鏈的低表面能化學特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級結(jié)構(gòu)和低表面能特性，實現(xiàn)了織物表面的超疏水性能。基于近紅外光和Fe3O4納米顆粒之間的光熱效應，近紅外光作用可以使PDA膠囊內(nèi)部產(chǎn)生光熱作用而促使封裝的低表面能物質(zhì)快速釋

8、放并遷移至織物表面，從而在40 s之內(nèi)就可以極為快速的修復其超疏水性能。另外，基于光熱效應作用的快速自修復功能，織物表面可以實現(xiàn)特殊浸潤性的可控自修復，從而獲得具有梯度化浸潤性和圖案化浸潤性的表面。
　　4.利用原位沉積法將聚多巴胺@氟硅烷-全氟癸醇（polydopamine@1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane-1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-decanol。PDA@

9、FAS-PFOL）納米膠囊修飾于織物表面，獲得了自修復超雙疏織物。研究發(fā)現(xiàn)，PDA@FAS-PFOL納米膠囊沉積形成的葫蘆狀凹角微納雙級結(jié)構(gòu)結(jié)合全氟類低表面能物質(zhì)可以實現(xiàn)織物表面的超雙疏性能。外力作用下超雙疏性能喪失后，溫度作用可以使PDA膠囊封裝的PFOL分子釋放至PDA膠囊表面，降低織物表面自由能，實現(xiàn)織物表面超雙疏性能的自修復?；赑DA@FAS-PFOL納米膠囊修飾織物的自修復功能及其耐磨損、耐洗滌、耐酸腐蝕性能，提高了超雙疏織