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水环境表面张力改变对超疏水表面水下浸润性的影响

来源:张浩 浏览 127 次 发布时间:2022-11-30

【摘要】:超疏水表面在工农业生产和日常生活中都有着广阔的应用前景,超疏水表面的构建及其水下浸润机理研究在水下防生物粘附、水下减阻、水下油污处理等领域具有重要的理论意义。本论文在课题组以往的超疏水表面水下滞留空气层稳定性等方面的研究基础上,开展了水环境表面张力改变对超疏水表面水下浸润性的影响的研究。


其主要内容如下:


1.采用相分离方法,选用低表面能的甲基三氯硅烷及全氟癸基三氯硅烷为单体,通过调节反应体系的含水量,在玻璃基底上成功构建纳米粗糙结构,两种纳米粗糙结构表面与水和油的接触角分别达到150°/0°和167°/150°,表现出超疏水/超亲油以及超疏水/超疏油性。研究认为,与水接触时低表面能化学组分及表面粗糙纳米结是产生超疏水/超亲油及超疏水/超疏油性的主要原因。


2.通过调节水和乙醇的比例改变了水环境的表面张力,研究水环境表面张力的改变对两种超疏水表面(超疏水/超亲油以及超疏水/超疏油)水下浸润性的影响。随着水环境表面张力降低,超疏水/超亲油表面的水下与油的接触角由0°变为168°;而超疏水/超疏油表面的水下与油的接触角由0°变为121°。研究认为,随着水环境表面张力降低,超疏水/超亲油表面水下滞留空气层将逐渐被水环境所取代,空气层的连续性遭到破坏,间断的空气层间的水阻碍了油滴在气/液界面上的扩散,表面与油的接触角增大;随着水环境表面张力降低,超疏水/超疏油表面的粗糙结构滞留的空气层几乎不变,水下表面保持着连续的空气层,油滴实际在表面所形成的气/液界面上铺展,这种情况可看做空气中油滴在水面上铺展,随着水环境表面张力降低,空气中油滴在水表面上由平铺逐渐变为球状。