表面微结构与溶液性质对润湿性的影响

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1、南京工业大学硕士学位论文表面微结构与溶液性质对润湿性的影响姓名：陈颖申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：陆小华；王昌松；冯新200706摘要润湿性作为固体材料表面的一个重要性质，一直以来都受到人们的广泛关注。超疏水作为润湿性的一种特殊形式更由于其独特的性质而受到重视。影响润湿性的因素有两个：(1)表面化学性质；(2)表面微结构。其中，表面微结构对于超疏水来说更为重要。对于纯水在超疏水表面的润湿性与表面微结构的关系已经有了大量的研究，但是仅通过纯水溶液润湿性与表面微结构的关系很难对工业中具有不同表面张力的混合溶液在粗糙表面上的润

2、湿性进行预测。因此，本文研究不同表面张力的混合溶液的润湿性与表面微结构的关系，建立适用的新模型。引入表面结构特征参数和溶液表面张力作为模型参数，并通过接触角测量和液滴受力分析，研究表面张力与微结构对润湿性的影响。本文分别以具有不规则拳R糙结构的有机表面(粗糙聚四氟乙烯(PTFE)涂层)以及无机表面(改性的阳极氧化铝模板和金属丝网．Ti02膜)为基体，采用添加表面活性剂以及不同体积比的乙醇／水混合获得具有不同表面张力的溶液。通过引入新的参数对表面结构，溶液性质对润湿性的影响进行定量计算，结果表明：通过比较表面活性剂溶液和与其表面张力相

3、近的有机溶剂的接触角发现，当表面张力大于40mN／m时，两者在粗糙PTFE涂层上的润湿行为相似；而表面张力小于40mN／m时，表面活性剂溶液不能润湿粗糙的超疏水PTFE涂层，但具有相似表面张力的有机溶剂可以润湿涂层表面。研究表明：主要是由于表面活性剂分子的吸附导致溶液不能进入表面微结构，空气分率始终维持在O．5以上，溶液不能润湿表面。利用扫描电子显微镜(SEM)分析，将PTFE粗糙表面上的条纹状结构和乳突状结构模型化为两个特征参数，研究表面微结构以及溶液表面张力对混合溶液润湿性的协同影响。建立模型，采用特征参数以及溶液的表面张力计算

4、液滴的受力情况，并进行比较。该模型成功预测了不同表面张力的乙醇／水溶液在具有不同尺度的微结构表面上润湿行为的变化。模型预测的润湿形式的转变点与试验值相吻合，均约为28mN／m。试验结果表明，当表面张力大于28mN／m时，混合溶摘要液只润湿对空气分率贡献较小的条纹状结构，空气分率下降约12．5％，此时溶液在涂层上的接触角大于1200，涂层表现为憎液性；当表面张力小于28mN／m时，溶液润湿对空气分率贡献较大的乳突状结构，导致空气分率急速下降85％，溶液在涂层上的接触角小于90。，此时涂层表现为亲液性。为了进一步验证模型的普适性，采用乙

5、醇／水混合溶液在十八烷基三氯硅烷(OTS)改性的阳极氧化铝和涂覆二氧化钛(Ti02)薄膜的金属丝网为基体的粗糙表面上进行研究，采用结构参数进行计算并与试验结果相比较。结果表明，本模型同样适用于预测具有规则或非规则微结构的无机物质表面上混合溶液的润湿行为。综上所述，本文将粗糙表面的结构参数和混合溶液的表面张力作为新的变量引入对混合溶液润湿性的预测，成功地预测了乙醇／水溶液在低表面能有机PTFE表面、改性后的无机阳极氧化铝模板和涂覆Ti02膜的金属丝网上的润湿行为。该模型对进一步研究混合溶液在粗糙表面的润湿行为和实际应用将有所帮助。关键

6、词润湿性表面微结构乙醇／水聚四氟乙烯阳极氧化铝表面改性n硕士学位论文ABSTRACTThe、Ⅳe似bilityofsolidmaterialis觚抽1portantpropertythath嬲陀ceiVedconsiderableimerests．W宅ttabilityisgoVemedbybomthechemicalcompositionaIldmegeometricalStructureofsolidsurf-aCes．Superhydrophobici劬嬲aSpecial、Ⅳettingfo肌，h嬲attractedagrea

7、tdealofresearches．AsapromisingsurfIaceuSedinindustrialare钆merehi勰beenenomousstudiesontllerelatiorlSMpbetv怡entllewettingpropertyofsuperhydrophobicsurfIaCeaIldt11egeometricaLls仇lcture，Whjchismoreinlportantforsuperhydrophobicsurfke．HoweVer，nlesolutionusedintheseresearchis

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