金属基体上低表面能表面的制备.研究

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1、大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文．学位论文题目：垒整窒堡兰!墼盘鱼堕盘鱼塑型查蛰笪作者签名．．型丝豳。日期：趔年上●月三L日导师签名：受耋蚕立兰醪日期：趟年—匕月』过日大连理工大学硕士学

2、位论文1绪论1．1选题背景和研究意义近几年来，对于低表面能表面(与水的接触角大于150。的表面)的研究，引起了国内外学者的广泛关注。这种表面的典型实例是自然界的荷叶表面：水滴(如雨水)在荷叶表面上可以自由滚动，并且在滚动时可以将附着在表面上的灰尘等污染物带走，从而使表面保持清洁。研究发现，荷叶表面的超疏水性是由于表面上微米结构与纳米结构相结合的阶层结构以及表面上蜡状物的存在共同引起的【lJ。作为一种仿生微纳米材料技术【2】，低表面能表面技术在理论和制备两个方面都取得了大量的研究成果，其应用领域极其广阔

3、。初步研究表明，低表面能表面用于玻璃(尤其是高墙玻璃、汽车挡风玻璃等)、陶瓷、混凝土、木材等建筑材料上，可以使材料具有自清洁(利用雨水就可以保持清洁的外观)或易于清洗的效果13J；低表面能表面用于服装等纺织品上，可以起到防水防污和自清洁的效果吲；低表面能表面用于高降雪地区的卫星天线或户外标牌上，可以防止因积雪导致的信号中断或外观模糊【5】；低表面能表面用于金属材料上，可以起到自清洁、抑制表面腐蚀和表面氧化以及降低摩擦系数(以水为润滑剂)的效果【61；低表面能表面用于船舶、舰艇的外壳或管道的内壁，可以降

4、低它们与水流之间的摩擦阻力【7，81；低表面能表面用于微流体装置中，可以实现对流体的低阻力、无漏损传送[91；低表面能表面用于微型水上交通工具上，可以使其具有超强的负载能力【lo】；低表面能表面用于与血液接触的生物医学材料上，可以抑制血小板的粘附和活化，改善材料的血液相容性【l11。目前，低表面能表面制备方法主要有：微机械加工法、激光或等离子体刻蚀法、物理或化学气相沉积法、阳极氧化法、电化学沉积法、溶胶．凝胶法、静电纺纱法、聚电解质交替沉积法等。然而，现有的这些方法大多需要特殊的加工设备或复杂的工艺过

5、程。因此，发展简单方便的低表面能表面制备技术仍然是一项具有挑战性的研究课题。低表面能表面技术目前还处于基础研究阶段，随着理论研究的不断深入，通过制备工艺的优化和制备方法的创新，低表面能表面必将得到广泛的应用，并将创造巨大的经济效益。1．2低表面能表面制备技术国内外研究综述因为表面能极低的聚四氟乙烯的接触角(本文所说的接触角均指材料与水之间的接触角)只有120。。因此实现超疏水表面除了具有低表面能外还要有一定的微观几何形貌。一般情况下制备超疏水表面方法可以从两个方面着手：一是用低表面能的物质修饰金属基体

6、上低表面能表面的制各研究粗糙的表面，二是改变具有疏水性质的光滑表面的粗糙度。由此可见，低的表面自由能和合适的表面微细结构是固体表面产生超疏水性的两个前提条件。由于降低表面自由能在技术上相对比较容易实现(采用疏水材料作基体，或使用低表面能物质对固体表面进行修饰)，因此，低表面能表面制备技术的关键就是要构建合适的表面微细结构。目前，国内外文献中己报道了一些低表面能表面的制各技术，从其中所采用的加工工艺以及表面微细结构的形成机制两个方面来考虑，可将它们归纳为以下几类。(1)机械加工法Bartell等【12】

7、采用机械刻划的方法在石蜡表面制各了许多金字塔形的突起，表面的前进后退接触角达到了158。／125。。Chen等【J3】将亚微米级的聚四氟乙烯齐聚物球形颗粒压制成片，得到了接触角滞后极小(前进与后退接触角均约为177。)的低表面能表面。Yoshimitsu等【141人利用机械刻划的方法，获得了具有规则的微米级粗糙度的图案硅表面，同样用硅烷处理后，接触角达到150。．Zhang等115】对聚四氟乙烯薄膜进行机械拉伸，膜表面接触角达到了165。．(2)使用光刻技术的微加工法采用这种方法制备的低表面能表面具有

8、规整的几何结构(表面凸起的形状、尺寸和间距等参数可以预先设计)，因而有助于对表面结构与润湿性的关系进行理论研究。在传统的光刻(Phootlihtograhy)过程中，一般先在基体表面上涂一层光阻膜，然后使标准光(一般用紫外光)穿过掩膜照射到光阻膜上，光阻膜经过选择性溶解后，掩膜上的规则图案就被转移到光阻膜上，最后，采用离子束刻蚀技术对基体进行刻蚀，从而得到规则的表面凹凸结构。Oner等【16】采用这种光刻技术在硅基体表面上制备了规整的微米柱阵列，经硅烷表