超疏水pstio2复合薄膜的制备及性能研究.doc

超疏水PS/TiO2复合薄膜的制备及性能研究

1.49万字 31页 原创作品，已通过查重系统


摘要 超疏水材料的性质与表面的浸润性有关，浸润性是固体表面的重要性质之一，也是最为常见的一类界面现象，它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的，通常用液体在固体表面的接触角来表征，近年来，与水的接触角大于150°的超疏水表面引起了极大的关注，因为它在防水、防污、流体减阻高效输送、天线防尘、电缆防冰、海洋防侵蚀、生物医学领域有着极其重要的应用前景。
目前，国内外研究者主要是在疏水性材料表面构造出合适的粗糙度和在具有合适粗糙度的材料表面用低表面能的化学物质进行化学修饰来制得超疏水表面，构造粗糙表面的方法很多，如机械加工法、光刻法、模板法、相分离法等。然而这些方法大多需要特殊的加工设备而且工艺复杂，制造成本高，对环境也有一定程度的影响。因此，发展一种操作简便、成本低、对环境友好的超疏水表面制备技术仍然是一项具有挑战性的研究课题。
本文以四氢呋喃为溶剂溶解聚苯乙烯，在聚苯乙烯溶液中添加纳米二氧化钛来控制表面形貌，构建粗糙结构，实现超疏水复合薄膜表面的制备。探讨制备条件对表面润湿性的影响，结果表明，复合薄膜的接触角随干燥温度升高逐渐增大，当温度为150℃时，该薄膜表面与水的静态接触角高达163°，滚动角小于8°，这是由于添加纳米二氧化钛和溶剂挥发所引起表面结构的变化及干燥温度使得表面组成变化的共同结果。由扫描电子显微镜图片可以看出薄膜表面具有微纳米复合结构，这种结构有利于捕获空气，形成水与基底之间的气垫，对表面超疏水性的产生起到了关键的作用。用Cassie理论进行了分析，结果表明，约6％的面积是水滴和基体接触，而有约94％的面积是水滴和空气接触。稳定性实验研究表明该表面与pH值在1 ~14的液滴的接触角均大于150°，呈现出良好的超疏水性能。
此外，我们对超疏水PS/TiO2复合薄膜表面的光响应性能进行了研究，在紫外光照射下，该表面从超疏水转变为超亲水，黑暗中放置15天，其表面又恢复为超疏水，润湿性呈现可逆变化。


关键字：聚苯乙烯/二氧化钛 超疏水薄膜 润湿性 接触角 可逆转变