含氟聚合物及含氟POSS-聚合物復合材料表面潤濕行為統(tǒng)計力學研究.pdf

1、潤濕現(xiàn)象在大自然中普遍存在，只要有兩相或兩相以上的接觸，就會存在潤濕行為。通過設計和合成表面的特定結構來改變固體表面的潤濕性能受到了廣泛的關注。目前對固體表面潤濕現(xiàn)象的解釋大多通過實驗手段，而缺乏對其表面潤濕微觀機理的深刻認識。本文從不同分子（基團）間相互作用出發(fā)，在統(tǒng)計力學基礎上構建相關理論模型，以二碘甲烷為流體探針分子，研究其在含氟聚合物表面微觀結構，解釋潤濕機理，主要內容如下:
　　(1)對于二碘甲烷/含氟聚合物體系，以能夠

2、精確描述實際流體結構的積分方程理論(3D-RISM)為主體，結合密度泛函理論(3D-DFT)構建的橋函數(shù)對積分方程理論進行能量校正，搭建了雜化的3D-DFT-RISM，改善3D-RISM的熱力學不自洽性。由于含氟聚合物基團化學特性和分子鏈拓撲結構的共同影響，含氟聚合物表面會顯示出不同程度和不同方式的微觀粗糙結構及表面形貌，導致流體形成不同的界面結構。通過3D-DFT-RISM定量表征了這些微觀結構及與此相關的界面性質，并借助于Young

3、方程得到液滴在不同含氟聚合物表面接觸角，解釋了表面潤濕機理，分析了含氟聚合物表面潤濕和去潤濕的能力。
　　(2)選取可描述實際流體分子內精細結構的3D-RISM為切入點，在3D-DFT基本框架內構筑新的自由能泛函表達，以此拓展3D-DFT模型的使用范圍。以二碘甲烷/含氟聚合物表面體系為研究對象，基于非均相液滴成核，探討二碘甲烷在含氟聚合物表面的成核過程以及潤濕行為。首先檢驗了理論模型，然后通過改變含氟聚合物的含氟量及表面形貌，研究

4、了二碘甲烷臨界成核液滴的界面結構、成核半徑、成核能壘以及接觸角，全方位解釋含氟聚合物表面的親/疏油機理。
　　(3)以3D-DFT為基礎，以簡單流體潤濕有序納尺度粗糙表面為研究對象，通過重構固體表面和流體間相互作用，對這種非對稱作用導致的表面潤濕行為展開理論研究，重點考慮較大尺度的粗糙形貌及納尺度表面粗糙度對潤濕行為（潤濕狀態(tài)和接觸角）的影響。分析了液滴在粗糙表面的成核機理，計算了液滴在粗糙表面的臨界成核半徑和成核能壘。為了深入了

5、解粗糙度對成核能壘的影響，討論了凹槽角落處的多重作用點作用引起的液/固界面處局部密度漲落來解釋界面自由能的變化;從液滴長大過程中接觸角的變化推導出汽-液-固三相接觸線張力來進一步解釋三相接觸能量的變化。在Cassie，Wenzel和Impregnation潤濕區(qū)域構建了臨界成核液滴的潤濕譜圖。分析了納尺度濕潤譜圖和宏觀濕潤譜圖之間的不同偏差及產生原因。
　　(4)將3D-DFT模型拓展應用到研究二碘甲烷/F-POSS納米顆粒修飾的