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基于聚多巴胺的超疏水通用制备方法研究

潘兵  
【摘要】:随着微纳米技术的的不断发展和仿生学研究的兴起,超疏水材料的制备和应用也得到越来越广泛的关注。超疏水材料因其特殊的表面润湿性能在日常生活、交通运输和国防建设等方面表现出了巨大的发展前景。制备超疏水的方法多种多样,但是适用于多种基底材料的制备方法还鲜有报道。本论文利用聚多巴胺(PDA)在各种基底上(分别选择硅片、钛片和聚丙烯片作为无机非金属材料、金属材料和高分子材料的代表)的强粘附性和对纳米粒子的螯合吸附性,探索出了几种通用的超疏水表面制备方法,并对制备样品的表面形貌、表面化学组分,表面润湿性能和稳定性进行分析讨论。主要研究内容如下:1.探讨了用化学镀铜/低表面能分子修饰相结合的方法,在不同基体上制备超疏水层的方法。利用PDA强粘附性和对纳米铜颗粒的螯合性,在单晶硅表面构筑粗糙结构,再自组装十二硫醇,制备出接触角157.83°,滚动角5°的超疏水表面。实验结果表明,表面特定的微纳米复合结构和化学惰性物质是形成超疏水表面的关键因素。超疏水铜表面在大气环境中放置2个月稳定性良好,在紫外光照射条件下能保持12 h的超疏水特性。该种方法同样适用于钛片和聚丙烯,具有很好的通用性。2.在化学镀铜制备超疏水表面的基础上,发展了化学置换沉积法制备超疏水表面。将化学镀铜处理的的单晶硅放入AgNO3溶液中,利用置换反应在表面生成银单质,从而在单晶硅表面构筑粗糙结构,再用十二硫醇修饰,制备出接触角164.26°,滚动角3°的超疏水表面。该方法制备的超疏水银表面在紫外光照射条件下,能保持5天的超疏水特性,在大气环境中放置2个月,接触角和滚动角几乎无变化,稳定性良好。该方法同样适用于钛片和聚丙烯,具有很好的通用性。3.利用银镜反应在PDA修饰的基底上制备超疏水表面。利用PDA的表面螯合性,将银镜反应析出的银颗粒吸附到在沉积了PDA的单晶硅表面,进一步经十二硫醇修饰后,得到接触角为163.70°,滚动角为2°的超疏水表面。讨论了超疏水表面的稳定性,发现该表面在紫外光照射条件下,能保持7天的超疏水特性,在大气环境中放置2个月,接触角和滚动角几乎无变化,稳定性良好。与化学置换沉积法相比,该方法无需化学镀铜,更为简便。同时,该方法也适用于钛片和聚丙烯基体,具有很强的通用性。


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