制备金属铜基底超疏水性表面试验研究

不应用任何膜板、表面活性剂或添加剂，通过简洁、易控、廉价和节约能源的液相制备方法，获得了金属铜基底表面的超疏水性结构，并应用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和接触角测试仪对铜表面及其生成物进行了物质结构、表面形貌和疏水性能表征。研究结果表明，铜基底上生成的氧化铜微米-纳米结构的表面具有超疏水性。     

RAFT聚合制备两亲性嵌段共聚物及其应用研究

研究用两亲性嵌段共聚物和纳米二氧化硅制备超疏水表面.采用可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)合成了两亲性嵌段共聚物聚甲基丙烯酸叔丁酯-b-聚(4-乙烯基吡啶),用红外光谱,核磁共振,凝胶渗透色谱对聚合物进行了表征,将嵌段共聚物接枝到纳米二氧化硅上,形成一个有机无机杂化材料,通过调节pH值来控制杂化材料在水中的聚集行为,构筑了微纳双重结构的粗糙表面.该表面为超疏水表面,对水接触角达151°,滚动角<5°.扫描电镜分析表面形貌表明:具有微纳双重结构的类似荷叶表面是形成超疏水的根本原因.     

基于纳米SiO_2-PDMS体系的耐磨超疏水木材表面构建与特性评价

通过St?ber法与溶液自组装的方法在二氧化硅球表面接枝了十八烷基三氯硅烷,采用滴涂的方法在木材表面制备聚二甲基硅氧烷和二氧化硅涂层。用SEM、FT-IR、XPS对其微观形貌、化学组分、表面结构进行表征;通过砂纸磨损实验、静态水接触角和滚转角对其稳定性能进行了测试和评价。结果表明:在木材表面沉积了纳米SiO2-PDMS涂层,改变了木材的润湿性与稳定性;SiO2-PDMS超疏水木材不但没有改变木材的色彩纹理,还使木材表面具有低黏附超疏水特性,接触角约为158°,滚动角为6°。SiO2-PDMS超疏水木材仍然保持了超疏水性,说明SiO2-PDMS超疏水木材具有良好的机械稳定性,因此所制得的木材表面不仅具有超疏水性,而且在砂纸磨损试验后具有优良的耐磨性。     

基于纳米压印技术的遗态仿生设计各向异性超疏水木材

采用纳米压印技术与硅烷化接枝改性处理相结合的方法,将遗态材料茭草叶表面的微纳米槽棱构筑于木材表面,得到遗态仿生各项异性超疏水木材.通过SEM、EDS、XRD、FTIR以及WCA对试样的微观形貌、化学元素组成、表面化学状态以及润湿性进行表征.结果表明:遗态仿生各向异性超疏水木材表面具有与茭草叶类似的微观形貌;其水接触角为158°,表现出超疏水性能;此外,其表面的水滴在翻转至垂槽方向时,水滴粘附在试样表面没有滴落,而平槽方向上水滴迅速滚落,表现各项异性.同时,经不同温度蒸煮处理后对其稳定超疏水性进行了测试,结果表明其水接触角均大于150°,仍具有超疏水特性,制备的超疏水木材表面具有耐久性与耐候性.     

基于模板印刷法的仿生超疏水木材的研制

通过模板印刷法改性处理木材表面,得到与玫瑰花瓣表面结构相同的纳米形貌超疏水木材。使用接触角检测仪测量样品表面润湿性,使用能谱分析仪(EDS)测定模板的化学成分,使用XRD测定试样晶体结构,使用DTG-60AH测定试样热稳定性。结果表明:制备的仿生超疏水木材没有改变木材的基本系能,但使木材表面具有高黏附超疏水特性;仿生超疏水木材表面的静态水接触角约为(157. 5°±0. 5°),可以阻止木材吸收水分;仿生超疏水木材具备的良好的热稳定性,热解过程质量损失约73. 2%,低于未经改性木材。     

溶胶凝胶法制备超疏水竹材

通过溶胶凝胶法,赋予竹材超疏水特性,以拓宽竹材的应用范围。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,氨水为催化剂,制备硅溶胶浸渍液,选用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)的乙醇水解液对浸渍处理后的竹材表面进行修饰,制备超疏水竹材表面。结果表明,处理后竹材表面形成直径大小为50~100 nm的颗粒状薄膜;竹材横截面接触角达到154°,具备了超疏水表面特性;改性后疏水效果随HDTMS质量分数增加而提高,当HDTMS质量分数为5%时,疏水效果达到最佳,之后随HDTMS质量分数增加有减小趋势。     

两步法改善杉木表面的疏水性

采用两步法在杉木表面修饰疏水涂层,来改善其疏水性能。通过浸渍—提拉法在杉木表面涂上一层二氧化硅(SiO_2)涂层,分别采用氨处理和六甲基二硅氮烷(HMDS)处理对杉木表面涂层进行固化和疏水修饰。采用动态接触角测量仪对修饰前后杉木的疏水性能进行表征。结果表明:修饰前杉木的吸水性强,其对水的接触角随观测时间不断减小,最后水被完全吸收,接触角为0°;两步法修饰后杉木的疏水性变好,其对水的接触角随观测时间几乎不变,最高达142.2°。红外结果表明:HMDS处理后,SiO_2粉末在848 cm-1处出现新的吸收峰,归属于—Si—CH_3吸收峰。     

光控润湿性转换的抑菌性木材基银钛复合薄膜

以水热法和银镜法在木材表面制备出Ag-TiO2复合微纳米结构薄膜,并通过有机物氟硅烷修饰使木材表面具有超疏水性。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线衍射能谱（XRD）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）和接触角测试等方法对木材表面进行了分析和表征。研究结果显示,经氟硅烷修饰后的Ag-TiO2负载的木材表面具有良好的紫外光驱动润湿性转换的特性,即光照前为超疏水性（152．8°）和亲油性（25°）,光照一段时间后转变为超疏油性（150．2°）和亲水性（26．2°）。这是由于氟硅烷受到紫外光照射后会光致分解破坏一部分的烷基链,并在紫外光的激发下产生亲水基团所致。同时,与单纯TiO2负载的木材相比,Ag-TiO2复合薄膜中银纳米颗粒赋予了木材良好的抑菌性能,可提高木材的生物耐久性。以上研究为木材润湿性转换的智能化设计和多功能化设计开辟了新的途径。     

BS/DTAB复配修饰膨润土的表征及对苯酚、菲的不同吸附模式

为了探究总修饰比例对复配修饰膨润土表面结构特性及对不同疏水性的有机污染物(苯酚、菲)吸附模式的影响。采用十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)复配十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)修饰膨润土,研究了复配修饰膨润土总碳和总氮含量、比表面(SBET)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)的特征,并分析了总修饰比例、表面特性及吸附量三者相关性。结果显示:红外图谱及电镜扫描均证实了DTAB在BS-12两性膨润土表面的修饰;随着总修饰比例的增大,复配修饰膨润土对苯酚及菲的吸附量增大,在总修饰比例超出150%CEC后吸附量开始下降;总碳含量、层间距(d001)变化规律与总修饰比例成正比,比表面积变化规律与总修饰比例成反比,且变化幅度均在总修饰比例超出150%CEC后增大。相关性分析结果表明,复配修饰膨润土对苯酚和菲的吸附能力由总碳含量决定,BS/DTAB复配修饰膨润土对苯酚吸附模式为分配吸附,而对菲的吸附模式为分配吸附和表面吸附共存的模式。     

两步法改善杉木表面的疏水性1）

采用两步法在杉木表面修饰疏水涂层,来改善其疏水性能。通过浸渍—提拉法在杉木表面涂上一层二氧化硅（ SiO2）涂层,分别采用氨处理和六甲基二硅氮烷（ HMDS）处理对杉木表面涂层进行固化和疏水修饰。采用动态接触角测量仪对修饰前后杉木的疏水性能进行表征。结果表明：修饰前杉木的吸水性强,其对水的接触角随观测时间不断减小,最后水被完全吸收,接触角为0°;两步法修饰后杉木的疏水性变好,其对水的接触角随观测时间几乎不变,最高达142．2°。红外结果表明：HMDS处理后,SiO2粉末在848 cm－1处出现新的吸收峰,归属于—Si—CH3吸收峰。     

Designing superoleophobic surfaces

Understanding the complementary roles of surface energy and roughness on natural nonwetting surfaces has led to the development of a number of biomimetic superhydrophobic surfaces, which exhibit apparent contact angles with water greater than 150 degrees and low contact angle hysteresis. However, superoleophobic surfaces-those that display contact angles greater than 150 degrees with organic liquids having appreciably lower surface tensions than that of water-are extremely rare. Calculations suggest that creating such a surface would require a surface energy lower than that of any known material. We show how a third factor, re-entrant surface curvature, in conjunction with chemical composition and roughened texture, can be used to design surfaces that display extreme resistance to wetting from a number of liquids with low surface tension, including alkanes such as decane and octane.     

磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料及其物理性能变化

目的为了改善木材表面物理性能,探索制备纳米氧化锌/木材复合材料的方法。方法以31年树龄的樟子松木单板作为研究对象,采用磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料,对木材进行功能性改良,利用X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、接触角测量仪和扫描电镜(SEM)对样品结构、弹性模量、硬度、表面润湿性和微观形貌等进行表征。结果纳米氧化锌/木材复合材料XRD谱图显示:在2θ等于17.0°、22.5°、35.0°附近仍具有木材纤维素3个结晶面(101、002和040)的特征峰;在2θ等于31.8°、36.3°附近出现了ZnO(100)、ZnO(101)的特征衍射峰。在基底温度为200℃溅射条件下,木材纤维素结晶度下降23.1%。纳米压痕载荷-压入深度曲线形状变化较大,弹性模量增大了6.6倍,硬度增大了23%;纳米氧化锌/木材复合材料表面水接触角为140.2°;表面的纳米氧化锌粒径较小,分散性较好,在木材单板表面分布平整均匀。结论磁控溅射法制备纳米氧化锌/木材复合材料对木材结晶区没有形成影响,依然存在木材纤维素特征衍射峰,纤维素的结晶结构没有遭到破坏,但衍射峰强度有所降低;在木材单板表面生长氧化锌薄膜增大了木材表面的弹性模量和硬度,使木材表面润湿性能从亲水性变为疏水性,接近氧化锌材料的超疏水性能;木材表面生长的氧化锌薄膜均匀,排列致密,表面平整,无裂痕。可见,利用磁控溅射法在木材单板表面生长氧化锌薄膜,能够制备理想的纳米氧化锌/木材复合材料。      

改性淀粉/聚乙烯醇复合膜的制备与性能研究

[目的]探索改性淀粉/聚乙烯醇(PVA)复合膜的制备与性能。[方法]以玉米淀粉为原料,通过机械力与柠檬酸、甘油的双改性制备成双改性热塑性玉米淀粉,利用双改性热塑性玉米淀粉与PVA复合成膜,制备成可生物降解的塑料薄膜,并通过X射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)对复合膜的结晶性和热稳定性进行研究。[结果]与原淀粉/PVA复合膜以及单改性淀粉/PVA复合膜相比,双改性淀粉/PVA复合膜的结晶度有所降低,其相容性、力学性能、耐水性和热稳定性均有明显提高。室外土壤掩埋30 d后取代度为0.26的双改性热塑性淀粉/PVA复合膜的降解率约为43%,属于环境友好型材料,可用作可生物降解塑料膜。[结论]该材料的制备具有制造工艺简单、能耗低等优点。     

基于动态接触角分析的竹纤维表面能表征

针对天然竹纤维粗细不均、变异性大的特点,采用Whihelmy 力学法测定了竹纤维的平均润湿周长及动态接 触角,利用Owens-Wendt 法对11 种浸润速率下的纤维表面能、色散及极性分量进行了表征,并借助边际均值研究了 测试速率与动态接触角、表面能的关系。结果表明:采用30 根纤维的平均润湿周长来估算动态接触角的方法是可 行的,其相对误差较小。随着测试速率的增加,动态前进接触角符合先快速增加后逐渐稳定的分子动力学模型,而 表面能有非线性减小的趋势。测试速率设置为1 ~3 mm/ min 较合理,此时测得竹纤维表面能为41.71 ~43.61 mN/ m。浸润速率在11 个水平下测定的动态接触角边际均值可分成7 组子集,高浸润速率下测得的纤维接触角比低浸 润速率的显著提高。动态接触角和测试速率的相关程度有14.11%由测试液体的协同作用产生。竹纤维表面能与 动态前进接触角边际均值呈负相关线性关系。      

Candle soot as a template for a transparent robust superamphiphobic coating

Coating is an essential step in adjusting the surface properties of materials. Superhydrophobic coatings with contact angles greater than 150° and roll-off angles below 10° for water have been developed, based on low-energy surfaces and roughness on the nano- and micrometer scales. However, these surfaces are still wetted by organic liquids such as surfactant-based solutions, alcohols, or alkanes. Coatings that are simultaneously superhydrophobic and superoleophobic are rare. We designed an easily fabricated, transparent, and oil-rebounding superamphiphobic coating. A porous deposit of candle soot was coated with a 25-nanometer-thick silica shell. The black coating became transparent after calcination at 600°C. After silanization, the coating was superamphiphobic and remained so even after its top layer was damaged by sand impingement.     

防止输气管道站场设备冰堵的表面改性处理防止输气管道站场设备冰堵的表面改性处理

天然气管道低温输送时容易发生冰堵,影响正常的输气生产。以站场设备的冰堵防治为目的,通过冰冻实验,使用接触角测试仪、扫描电镜进行测试并结合理论分析,探索了通过表面改性方法调节站场运行设备表面的化学性质,进而防治冰堵的可行性。研究表明:适当的表面处理和硅烷改性,可以在钢表面形成一层疏水或超疏水纳米膜,增加水在其表面的接触角,使水难以在钢表面停留,同时冰冻实验也证明表面改性可以延长结冰时间;经疏水和超疏水改性后,由于接触角增大,引起水结晶成冰的形核功大幅增加,并且接触角越大,形核功越大,越难结晶成冰。实验和理论研究结果证明,钢表面疏水改性,可以解决站场设备的冰堵问题,具有应用潜力。     

微波等离子体处理对柚木表面润湿性的影响

改善木材表面润湿性可显著提高其胶合性能,进而提高木质复合材料的物理力学性能。采用微波等离子体对柚木木材进行了表面处理,通过测量微波等离子体处理前后的液体接触角及计算表面自由能来评价表面润湿性改善的效果。试验结果表明:试件距反应腔120mm时处理效果略好于试件距反应腔80mm时的效果,短时间微波等离子处理即可降低柚木表面接触角,提高表面自由能。反应距离为120mm,由水作为试液所测的接触角降幅最高可达74%。     

交联多孔淀粉/天然胶乳复合胶膜的研究

采用直接铺膜法制备交联多孔淀粉/天然胶乳复合胶膜,并对复合胶膜的结构及性能进行了研究,结果表明:多孔淀粉经交联改性处理后,颗粒表面的粗糙度增加,比表面积增大;复合胶膜的拉伸强度和撕裂强度均随着交联多孔淀粉用量的增加先升后降;交联多孔淀粉的用量为10%时,复合胶膜的力学性能最优;与纯天然胶乳胶膜相比,添加交联多孔淀粉的复合胶膜的玻璃化转变温度(Tg)升高,热稳定性及耐溶剂性能提高,但耐水性能降低。     

猪笼草叶笼滑移区各向异性超疏水润湿特性表征与机理分析

为获取各向异性超疏水表面研制的仿生原型,采用接触角测量仪测试表征了猪笼草(Nepenthes alata)叶笼滑移区的各向异性超疏水润湿特性,采用扫描电镜和三维形貌干涉仪观测滑移区形貌结构并提取三维特征信息,分析滑移区形貌结构对各向异性超疏水润湿特性的影响机理。结果表明:水滴在滑移区的接触角为(155.07±1.14)°,朝向叶笼底部和顶部的滚动角分别为(2.82±0.45)°和(5.40±0.31)°;滑移区覆盖着两端朝向叶笼内部弯曲且具有不对称凸面表层轮廓的微米级月骨体,以及形貌轮廓不规则且交错排列成致密孔洞结构的纳米级蜡质晶体,其中能够蓄留空气的蜡质晶体是产生超疏水润湿特性的重要因素;月骨体在不同方向的斜坡结构、悬崖结构致使水滴在滑移区滚动难易程度呈现差异,从而导致滚动角的显著不同与各向异性超疏水润湿现象的产生。     

化学腐蚀作用下层状复合岩石的性能研究

选取红砂岩、青砂岩和大理岩为原材料,制作成不同组合、不同界面层倾角的层状复合岩样,并在pH=2和pH=4的酸性环境下养护30 d.将养护后的试件进行单轴抗压试验,测定试件的抗压强度并观察其破坏模式.试验结果表明：经过酸性溶液的养护,不同岩石组合、不同界面层倾角的复合层状岩石的单轴抗压强度均有一定的降低,且酸性越强,岩样抗压强度下降越大;当界面层倾角增大时,酸性环境的影响减小,随着界面层倾角的增大,复合岩石的抗压强度有较大程度的降低,且破坏模式发生改变.