特殊浸潤性表面的構(gòu)建及其自修復(fù)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(rèn)為接觸角小于10o時(shí)，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(shí)，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(duì)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(fù)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(lǐng)域的一個(gè)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(fù)雜，而且，其表面微結(jié)構(gòu)和低表面能化學(xué)物質(zhì)的穩(wěn)定性差，壽命短，受到外力作用時(shí)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(yīng)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(shí)用化的迫切需求，也是表

3、界面領(lǐng)域亟待解決的重要問題。
　　針對(duì)上述亟待解決的科學(xué)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(shí)現(xiàn)表面特殊浸潤性的自修復(fù)為目的，開展了仿生超疏水表面及超雙疏表面的設(shè)計(jì)、制備、表征與應(yīng)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(xué)的內(nèi)在關(guān)系，并研究了溫度作用、機(jī)械力作用、近紅外光作用下表面特殊浸潤性的自修復(fù)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(yīng)，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(fù)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(xué)特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級(jí)結(jié)構(gòu)和低表面自由能，實(shí)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(shí)現(xiàn)織物表面疏水性能的自修復(fù)?；跍囟茸饔孟驴椢锉砻媸杷缘淖孕迯?fù)能力以及PDA@ODA納米膠囊在織物表面的強(qiáng)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(yīng)用中，PDA@ODA納米膠囊修飾的疏水性織物對(duì)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(fù)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(xué)特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級(jí)結(jié)構(gòu)和低表面自由能，實(shí)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(jī)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(shí)現(xiàn)織物表面超疏水性能的自修復(fù)。機(jī)械力及日常機(jī)械洗滌

7、作用可以成功應(yīng)用于超疏水表面的自修復(fù)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(fù)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(xué)特性協(xié)同作用，賦予織物表面微納雙級(jí)結(jié)構(gòu)和低表面能特性，實(shí)現(xiàn)了織物表面的超疏水性能?；诮t外光和Fe3O4納米顆粒之間的光熱效應(yīng)，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(fù)其超疏水性能。另外，基于光熱效應(yīng)作用的快速自修復(fù)功能，織物表面可以實(shí)現(xiàn)特殊浸潤性的可控自修復(fù)，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(fù)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(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)合全氟類低表面能物質(zhì)可以實(shí)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(shí)現(xiàn)織物表面超雙疏性能的自修復(fù)。基于PDA@FAS-PFOL納米膠囊修飾織物的自修復(fù)功能及其耐磨損、耐洗滌、耐酸腐蝕性能，提高了超雙疏織