在現(xiàn)實(shí)生活中,很多表面容易積灰沾水,這樣會(huì)導(dǎo)致表面的透光度減小,且有些表面清洗困難,這不僅會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)給人們的生命安全帶來隱患。為了避免這種現(xiàn)象,需要定期對(duì)表面進(jìn)行清潔處理。通過改變表面的浸潤性使其達(dá)到超疏水的要求,從而使得該表面具有自清潔的特點(diǎn),較傳統(tǒng)方法來說,這種方法無需增加額外的設(shè)備和經(jīng)濟(jì)損耗,是一種較為理想的方法。本課題首先對(duì)表面的超疏水性及透明性原理進(jìn)行學(xué)習(xí),然后探究超疏水性和透明性的影響因素,知道了固體材料表面的疏水性除了受表面自由能和表面粗糙度的影響之外,還會(huì)受到諸如溫度、壓力、電場(chǎng)作用等外界環(huán)境的影響,當(dāng)涂層表面的微觀結(jié)構(gòu)的粗糙度尺寸為100nm或者更小時(shí),其表面透光度將大于95%。然后借助COMSOL Multiphysics軟件建立了液滴撞擊表面的仿真模型。通過建立液滴撞擊不同表面結(jié)構(gòu)的壁面的仿真模型,比較了表面結(jié)構(gòu)分別為三角形鋸齒、方形鋸齒和半圓形鋸齒壁面的自清潔效果的差異;通過建立液滴撞擊不同接觸角的壁面的仿真模型,發(fā)現(xiàn)隨著接觸角的增加,液滴的鋪展半徑也逐漸減小,當(dāng)接觸角增加到大于150°（超疏水）后,液滴在碰撞過程中出現(xiàn)了彈跳現(xiàn)象;最后,通過建立液滴撞... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自然界中的超疏水現(xiàn)象在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，透明超疏水涂層的使用場(chǎng)景非常廣泛，比如對(duì)于一

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4兩次連續(xù)復(fù)制和結(jié)合背部擴(kuò)散光刻蝕的方法，制備出了聚二甲即硅氧烷透明超疏水表面，其透光率達(dá)到了94%。1.2.3納米粒子自組裝技術(shù)制備透明超疏水薄膜國內(nèi)外研究現(xiàn)狀該技術(shù)是利用納米粒子在一定條件下可自發(fā)地組裝出有序的結(jié)構(gòu)來制備透明超疏水表面，常用的納米粒子有TiO2、SiO2、ZnO等。Cao等[11]通過這個(gè)方法將聚苯乙烯和顆粒直徑不大于100nm的SiO2顆粒混合，在550℃下經(jīng)過4小時(shí)熱處理以去除聚苯乙烯，然后用二甲基氯硅烷對(duì)表面進(jìn)行修飾，得到了透明的超疏水薄膜，其接觸角>160°，透光率>90%。Liang等[12]通過同樣的方法將SiO2顆粒組裝在了玻璃表面，再用低表面能的物質(zhì)對(duì)表面進(jìn)行修飾，制備出了透明的超疏水表面。Amigoni等[13]利用氨基對(duì)納米SiO2粒子進(jìn)行交替改性以及利用環(huán)氧對(duì)納米SiO2粒子層進(jìn)行改性處理，最終構(gòu)筑了超疏水表面，當(dāng)組裝的層數(shù)逐漸增多時(shí)，其疏水性也隨之提高，整個(gè)過程如圖1-2所示。圖1-2通過共價(jià)鍵層層自組裝的構(gòu)筑[13]1.2.4模板法制備透明超疏水薄膜國內(nèi)外研究現(xiàn)狀制備透明超疏水薄膜的另一種常用方法是模板法。Jin等[14]通過模板法制得了一種具有納米管陣列結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯薄膜，其接觸角可達(dá)162°。Sato研究小組[15]通過將SiO2離子和聚苯乙烯微球制成反蛋白型石晶體膜，然后對(duì)其表面用氟硅烷基團(tuán)修飾，制得了超疏水表面，其接觸角為155°。Xiu等[16]在正硅酸乙酯溶膠-凝膠過程中以氯化膽堿和尿素的混合液體作為非揮發(fā)性的液體模板，然后對(duì)其表面用含氟的低表面能物質(zhì)全氟辛基硅烷修飾，制得了透明的

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文5超疏水薄膜，其接觸角為170°，透光度為90%。Sun等[17]等選擇了荷葉為模板，然后采用提拉PDMS的方法制備了與荷葉具有相反表面結(jié)構(gòu)的復(fù)制品，最后可以利用這個(gè)結(jié)構(gòu)相反的模板制備出于荷葉正面表面結(jié)構(gòu)相同的復(fù)制品，整個(gè)過程及結(jié)果如圖1-3所示。圖1-3模板法制備超疏水表面流程圖解及SEM圖：(a)荷葉，(b)PDMS復(fù)制品正面[17]1.2.5溶膠-凝膠法制備透明超疏水薄膜國內(nèi)外研究現(xiàn)狀前文提到，要想獲得超疏水表面，通常有兩個(gè)方法：一是在疏水的材料表面用以某種方法來獲得微納結(jié)構(gòu)的粗糙度；二是在本身具有微納結(jié)構(gòu)的材料表面引入較低的官能團(tuán)。目前，制備高透過率超疏水薄膜的較好的方法是溶膠-凝膠法，其有很多優(yōu)點(diǎn)，如：操作溫度低于一般玻璃的融融溫度；實(shí)驗(yàn)中能夠避免引入雜質(zhì)使得樣品能夠保持純度；更容易控制摻雜量；因?yàn)榍膀?qū)體是在低溫下混合的，因而反應(yīng)能夠在分子水平上達(dá)到高度均勻性[18]。溶膠-凝膠法的本質(zhì)就是講硅氧烷金屬化合物進(jìn)行水解得到羥基化合物，然后再經(jīng)過縮聚反應(yīng)形成溶膠，陳化后溶膠粒子縮聚并凝膠化，最后經(jīng)過一定的特俗處理便可得到不同用途的涂層。Lin等[19]通過一步溶膠-凝膠法浸涂工藝，在玻璃上制備了透明防霧的超疏水表面，三氨丙基三乙氧基硅烷經(jīng)過水解縮合反應(yīng)是表面形成了一定的粗糙度，然后用十六烷基三乙氧基硅烷對(duì)表面進(jìn)行修飾，共同作用形成了透明的超疏水表面，該表面的接觸角大于160°，透光率達(dá)到了92.8%。Fan等[20]在實(shí)驗(yàn)中所用的硅源是正硅酸乙酯，但能夠用來降低表面能的修飾物卻是六甲基二硅氮烷，他們通過這兩種主要材料制備了透明的超疏水涂層。Ruchi[21]用GPTMS和MTMS作為前驅(qū)體，先通過溶膠-凝膠法得到立體結(jié)構(gòu)，再用短鏈含氟聚合物對(duì)其表面進(jìn)行修飾，得到了?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]液滴撞擊碳納米管陣列表面動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究[D]. 楊舒生.江蘇大學(xué) 2018
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