编号：FTJS107414
篇名： 基于BaAl2Si2O8陶瓷的超疏水表面制备研究
作者： 钟文升
关键词： 超疏水; BAS陶瓷; 稳定性; 晶须层; 纳米颗粒;
机构：长沙理工大学
摘要： 超疏水表面由于其特殊的浸润性,在很多领域有着极大的应用潜力,从而引起研究人员的极大兴趣。人造超疏水表面已经能够达到极高的接触角,但目前的超疏水表面制备方法仍存在疏水膜层稳定性较低的缺点,极大的限制着超疏水表面的实际应用。针对超疏水表面稳定性较低的问题,本文设计了一种在陶瓷材料基体上构建出一种具有均匀凸起或孔隙结构,能够容纳疏水层,当外界物体与表面接触时优先接触“框架”结构,从而起到保护疏水层的作用,以增加疏水膜层的稳定性。并表征了所制备超疏水表面的微观形貌,粗糙度及稳定性等。主要研究结论为: (1)通过化学蚀刻法,用氢氟酸(HF)对BaAl2Si2O8(BAS)玻璃陶瓷表面进行蚀刻,研究蚀刻时间对表面形貌的影响,结果表明随着蚀刻时间的延长,玻璃陶瓷表面的玻璃相被除去,表面逐渐呈现均匀凸起结构,当蚀刻时间超过1 min时,均匀凸起的结构也被酸破坏。不同蚀刻时间的样品在经过全氟癸基三乙氧基硅烷处理后,接触角呈现先上升,再稳定,最后下降的趋势。蚀刻时间为1 min时接触角最大,为158°,但滚动角均较大。对蚀刻时间为1 min,并经过硅烷处理的样品进行砂纸刮磨,水流冲刷及pH溶液浸泡等稳定性测试,表明蚀刻的样品稳定性良好,与未蚀刻的对照组砂纸刮磨结果相比,其接触角值和接触角下降幅度均小于对照组。 (2)由于不同陶瓷的耐蚀刻能力不同,使得蚀刻法在应用范围上存在较大局限性。为在不同陶瓷表面构建“框架”结构,利用熔盐法,在不同陶瓷表面构建莫来石晶须层,再在晶须层表面覆上疏水层。研究了不同熔盐体系及热处理时间对莫来石晶须层的影响,结果表明,在硅源和铝源相同的情况下,硫酸钠比氯化钠更容易制备均匀的莫来石晶须层,且晶须层的形貌随着热处理时间的延长而长径比增加。选取900℃温度下保温2 h熔盐法处理的BAS玻璃陶瓷,在其表面喷涂经过修饰的疏水纳米颗粒,接触角能达到158°,且滚动角为2°。稳定性测试结果相较于未经过熔盐法处理过的对照组也有很大提升。 (3)由于部分纳米颗粒分散性不佳且易发生絮团,使其喷涂在表面后无法进入晶须的空隙之间。将带有莫来石层的基体浸泡在溶胶中再热处理,使疏水颗粒附着在莫来石表面,以替代喷涂的方法。以乙醇为溶剂,将氧化硅纳米颗粒分散在其中,并滴加氨水调解pH至碱性,研究样品在溶胶中颗粒附着在晶须表面的情况以及润湿性能。结果表明,纳米颗粒絮团现象减轻,表面稳定性,疏水性优异。