水热法制备MnO2超疏水表面及其防覆冰性能研究

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1、学校代码10530学号200910081089分类号O647.5密级公开硕士学位论文水热法制备MnO2超疏水表面及其防覆冰性能研究学位申请人贾俊指导教师李文教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向防护涂层材料的制备及其应用二零一四年六月万方数据PreparationofSuperhydrophobicMnO2FilmsbyaSimpleHydrothermalMethodandAnti-icingBehaviorStudyCandidateJunJiaSupervisorProfessorLiWenColl

2、egeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramMaterialsScienceandEngineeringSpecializationPreparationandApplicationofProtectiveCoatingMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的

3、研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学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。涉密论文按学校规

4、定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要超疏水表面材料具有卓越的疏水性能，在工业、农业、商业及国防军工领域拥有非常广阔的应用前景。近年来，超疏水表面材料在减阻、防冰抗冰等方面的应用成为人们关注的热点。而二氧化锰纳米材料由于其特殊的光、电、催化性能及吸波性能也逐渐引起了人们的重视。在超疏水表面材料朝着功能化、智能化方向发展的趋势下，制备出具有微纳米阶层的二氧化锰超疏水材料，既能丰富超疏水材料的制备和二氧化锰材料的利用，还可以拓展这种新型材料在众多领域的发展。另外，目前鲜有利用二氧化锰制备超疏水表面这一方向

5、的报道，因此本文致力于利用简单水热法制备二氧化锰超疏水表面，并对其性能进行研究。主要研究内容如下：(1)以过硫酸铵和硫酸锰为反应物，在玻璃基底上制备了微纳阶层的二氧化锰超疏水表面。分析了产物的X射线衍射图谱，反应产物是包含α、β、γ三种晶型的二氧化锰。结合扫描电子显微镜所拍到的微观形貌图和接触角测量结果，研究了不同反应条件下所得表面的疏水性能和疏水机理，发现120°C/6h时得到的密集型絮状纳米纤维结构二氧化锰超疏水表面的疏水性能最好，其静态接触角最大达到162.1°，滚动角小于10°。对样品进行了耐候性及防覆冰性能测试，样品

6、在室内环境可保持超疏水性约4个月，并且对延迟水滴结冰有一定的效果。该+体系不适用于与H离子反应的金属基底。(2)以氯酸钾和硫酸锰为原料，在金属铝表面成功制备出二氧化锰超疏水表面。通过X射线衍射、扫描电子显微镜表征，明确了产物是具有海胆状形貌的纯相γ-MnO2。调整反应条件，发现在150°C/14h时得到的样品拥有最佳的超疏水性能，静态接触角达到164.3°，滚动角小于5°。运用Cassie模型，计算结果显示水滴与该种表面接触时的实际固液接触面积仅为4.2%。(3)着重研究了海胆状γ-MnO2超疏水表面的耐候性、对不同酸碱度水溶

7、液的疏水性以及防覆冰性能。通过实验，发现该种表面在室内环境中可保持6个月左右的超疏水性。pH值3～13的水溶液在该表面的接触角都保持在160°以上，说明其对酸碱性水溶液亦可保持优异的超疏水性能。观察低温下三种不同基片上水滴的结冰过程，发现海胆状γ-MnO2超疏水表面在降温过程和低温状态下都能一定程度延迟水滴结冰，并且随着水滴体积增加，延迟结冰的效果越明显。表面从低温恢复到室温后，仍具有良好的超疏水性。同时也证明了水滴在固体材料表面的结冰速度与材料的润湿性能有密切关系。关键词：超疏水；二氧化锰；水热法；微纳米复合结构；防覆冰I万

8、方数据AbstractDuetotheexcellenthydrophobicperformance,superhydrophobicsurfacehasverybroadapplicationprospectsinthefieldsofindustry,agricultur