仿荷叶结构的超疏水材料.doc

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1、仿荷叶结构的超疏水材料―、综述：1、项FI研究背景在外出旅游屮，发现水珠可以在荷叶表面上自由滚动，这种自然界的奇妙现象吸引了我。从这种超疏水现象屮得到启发，设想仿造荷叶表面结构，制作具有超疏水性的材料，将来可以应用于日常生活屮和工业防水、防尘等诸多方而，例如墙而、灶台、玻璃，汽车反光镜等易积灰，易沾上污溃的表面；卫星天线、高床输变线路等易沾水、沾雪的物质；须尽量减小摩擦的石油输送管道内壁等场合。特别是飞机机翼的结冰严重影响了飞机的安全，已经有很多飞机因结冰而失事的惨例。如果机翼表面能采用超疏水材料，避免结冰，将会提高飞机的安全性。1.1超疏水性的概念衡量超疏水性的一个重要指标就是

2、接触角。接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界而的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角o,是润湿程度的量度。若0<90°,则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若◎>90。,则固体表面是疏水性的,杨氏接触角的示意图即液体不容易润湿固体，容易在表面上滚动。若0>150°,同吋液滴在固体表面的滚动角小于10°则认为该表面具有超疏水性。1・2超疏水材料的应用由于超疏水表面与水滴的接触面积非常小，口水滴极易从表面滚落，因此超疏水表面不仅具有自洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防雾、防霉、防粘附、防污染等功能。2、超疏水材料的研究进展由于超疏水表面

3、在理论研究和实际工农业生产及日常生活屮都具有非常重要的应用前景，因此，超疏水固体表面的构建引起了广泛的关注,成为近年来材料学及表面科学领域的研究和报道热点之一。3、由超疏水材料的现状得到的启发超疏水材料现今能够应用在多个方面，给人类的生活带来了极大的便利，人们应半拓宽和深入超疏水材料的发展和研究。现阶段制造超疏水材料的方法较为繁琐，简化制造工艺，降低成本尤为重要。二、FI的：用模板法法制备超疏水材料。针对现阶段超疏水材料制造工艺繁琐且成本较高这一问题，本试验选用廉价且无毒透明的聚苯乙烯(PS)为原料，以天然荷叶为原始母板,通过浇注法获得与原始母板-荷叶表面结构完全相反的聚二甲基硅

4、氧烷(PDMS)俗称硅橡胶软模板，再以PDMS软模板为模板通过浇注法获得类荷叶状卩S薄膜，该卩S薄膜表面即具有超疏水性。三、准备试验:3.1试验原理及试验设计本试验以荷叶或其它天然超疏水叶片为模板，采用浇注法制作仿荷叶结构的超疏水材料。先将荷叶放入自制的PDMS浇注模具里，而后将PDMS倒入模具屮，即可得到与荷叶表面结构完全相反的PDMS模版。而后再在PDMS模版上浇注PS溶液，即可得到有着荷叶表而双微观结构的PS材料。3.2准备试验3.2.1试验原材料新鲜荷叶聚苯乙烯(PS)聚二甲基硅氧烷(PDMS)即市售107胶正硅酸乙酯有机锡促进剂(二丁基二刀桂酸锡)异内醇蒸锚水甲苯粉末状

5、碳酸鈣3.2.2试验器材电子天平PDMS浇注模具烧杯玻璃棒胶头滴管全套减床蒸锚装置四、试验与结果：4.1进行试验4.1.1摘取荷叶荷叶必须新鲜，干荷叶不仅由于质地脆而不方便试验的进行，最重要的是干荷叶由于水分挥发，其疏水精细双微观结构发生变化，疏水效果明显下降，从而导致获得的材料疏水效果远低于新鲜荷叶做出的材料甚至丧失疏水性。4.1.2胶种选择本试验最初选取E51环氧树脂作为胶种，因为此类胶种使用的最多，但由于E51环氧树脂的粘性过强，不宜与荷叶等原始模板剥离，且收缩率较大，不能精确复制荷叶表而的双微观结构，故放弃选用，转而采用另一种较软的胶体——硅胶。但在初次试验过后，发现市售

6、玻璃硅胶的效果很差，浇注的PDMS模版上不但无法流平，而且含有大量气泡，导致无法精确复制荷叶表面的双微观结构，使材料失去了超疏水性。经过查阅资料以及和指导老师讨论后得知气泡是由于硅胶在固化过程屮有醇一类的小分子物质脱出，而这类物质是反应的副产物，在浇注过程屮，无可避免的产生气泡，因此决定自己配制硅胶。4.1.3自配硅胶自制胶种的原材料为107胶、I古I化剂以及有机锡促进剂。将107胶注入烧杯中,而后加入固化剂，搅拌使107胶与固化剂均匀混合。固化剂的作用是使107胶从链状结构变为网状结构，从而使107胶成形。在未加入有机锡促进剂前固化时间过长，加入促进剂之后大大缩短了固化吋间，约

7、2小吋即表面固化，48小吋后完全固化。然而有机锡促进剂的量不宜过多，否则做出的材料颜色过深，透明度过低，且表血仍旧有肉眼可见的微小气泡（如图所示）,同样破坏了荷叶表面的双微观结构。然而试验的结果仍【口不理想，与指导老师讨论后确定为固化剂的问题，因此转而自制固化剂。4.1.4自制固化剂固化剂的效果是由固化官能度决定的。在查阅相关资料后得知正硅酸乙酯的固化官能度为4。正因固化官能度较低，所以在制作吋加入的量较大，从而在浇注PS材料的吋候PDMS膜变形大,导致试验结果的不理想。而正硅酸