铜基底超疏水薄膜的制备与研究.pdf

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1、铜基底超疏水薄膜的制备与研究张楠2015年1月中图分类号：O647.1UDC分类号：544铜基底超疏水薄膜的制备与研究作者姓名张楠学院名称化学学院指导教师卢士香副教授答辩委员会主席齐美玲教授申请学位理学硕士学科专业化学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月FabricationandReseachesofSuperhydrophobicFilmsonCopperSubstrateCandidateName：NanZhangSchoolorDepartment:SchoolofChemistryFacultyMentor:Prof.

2、ShixiangLuChair,ThesisCommittee：Prof.MeilingQiDegreeApplied:MasterofScienceMajor：ChemistryDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或

3、证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要浸润性是固体表面重要特性之一，也是自然界、日常生活中最常见的界面现象之一。具有特殊浸润性的超疏水表面因在自清洁表面、微流体系统、防水防腐蚀及生物相容性等许多领域中有着良好的应用前景，引起了科学界的广泛关注。表面浸润性主要由固体表面化学组成和表面微细几何结构共同决定，因此制备超疏水表面主要是通过在粗糙的表面上修饰低表面能的物质和在低表面能材料的表面构建粗糙结构这两种方式实现。目前，超疏水

4、表面材料的制备方法多种多样，但大多存在制备条件苛刻、加工设备特殊或工艺过程复杂等不足以及粗糙表面通常会影响到材料的使用性能等问题，未能使超疏水材料得到普遍应用。因此探索成本低廉、工艺简单、环境友好、性能优良的超疏水表面制备的方法仍然是一项具有挑战性的研究课题。本论文基于固体表面浸润性理论，以自然界中超疏水性现象为基础，采用化学置换法和湿润缓慢退火相结合的方法成功制备了铜基底超疏水薄膜，并对其疏水性能进行了深入的理论分析，具体内容如下：1.以经硝酸刻蚀具有适宜粗糙结构的铜片为基底，首次采用化学置换法和缓慢退火相结合的方法制备了微纳米双阶层结构的

5、超疏水薄膜，并设计实验探索影响表面微观结构的因素及其影响规律。2.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、接触角测量仪等测试方法对处理前后铜基薄膜的结构、形貌、表面元素组成与润湿等性能进行了表征和分析。3.对所制备的超疏水铜基开展了空气中稳定性测试、水下浸泡测试、表面自清洁测试、抗腐蚀能力测试、酸碱滴定测试以及疏油测试，探究了超疏水铜膜表面的优异性能。该方法仪器设备和实验过程简单，突破传统的超疏水表面的制备方法，不需要低表面自由能有机物的修饰。通过分析制备过程中铜表面组成、形貌及与水的接触角的变化，研究了刻蚀时间、反应时间、反应浓

6、度、退火方式、退火时间和退火温度以及溶剂的种类对表面润湿性变化的影响规律，分析出超疏水薄膜制备的决定性因素和最佳条件。其中，退火在制备该超疏水表面的过程中起着关键的作用。超疏水表面由微纳米复合结构组成，主要特征在于表面具有微纳米尺寸的珊瑚状结构。在最佳条件下，该表面具有良好的超疏水性能，水滴在该薄膜上的最大接触角I北京理工大学硕士学位论文约为170±2°，滚动角约为0±2°，属于典型的Cassie态的超疏水表面。超疏水处理后的铜片呈现很好的不粘性、长久的稳定性，而且在含氯离子溶液中的抗腐蚀能力显著提高，此外该样品还具有超疏油的功能，可作为超双

7、疏表面，具有潜在应用价值。同时，它也为超疏水材料在实际生产应用中的推广提供了一定的实验基础。关键词：润湿性；超疏水表面；微纳米复合结构；铜基底II北京理工大学硕士学位论文AbstractWettabilityisoneofthemostimportantcharactersofthesolidsurfaces.Ithasbecomeoneofthecommonestphenomenainnatureandourliving.Thesuperhydrophobicsurfaceswithspecialwettabilityhaveattract

8、edgreatattentionsfortheextensiveandpotentialapplicationsonself-cleaning,particulat