工程微纳界面材料多相介质极端润湿调控及转换
文献类型：学位论文
| 作者 | 孙依晗
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| 答辩日期 | 2021-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘维民、郭志光 |
| 关键词 | 工程材料,超润湿,微纳结构,多相介质,表面化学 |
| 学位名称 | 工学博士 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 其他题名 | 无 |
| 英文摘要 | 多相介质催化、电化学沉积、薄膜制备等多数化学反应及智能微纳制造过程通常发生于固-液-气或液-液-固三相系统中，研究在不同三相系统中的极端润湿性及其转化为催化过程中效率及选择性不高和海洋工程设备腐蚀污损等基础研究和实际应用中出现的棘手问题提供了崭新的路径。然而，目前发展制备的超疏液表面不能大规模用于常见工程材料表面并且稳定性较差。此外，仅能够在有限介质中表现超疏液性能，不能满足超润湿工程材料表面在多重介质工况条件下工作的需求，同时，对微观表面化学及超浸润性质关系研究仍然不够深入。本论文在深入调研前期研究基础上，以工程材料表面多介质耦合超疏液性质及表面化学研究为主线，针对当前超疏液表面在设计、制备及应用方面的问题，在各种工程材料表面大面积制备稳定多相介质超疏液表界面材料，并研究其在不同环境介质中超疏液性质转化与表面化学关系。主要研究内容分为五个方面： 1.利用磷酸铝无机粘结剂增强了涂层与各种工程材料基底之间的结合力，喷涂制备出稳定、自修复、热驱液以及可大规模制备的超双疏涂层。超双疏涂层在砂纸摩擦等多种机械摩擦测试及强腐蚀性介质(如浓硫酸和铬酸)浸泡后都保持了极佳的超双疏及防污性能。 2. 通过喷涂由常见纳米粒子、磷酸铝和氟碳表面活性剂Capstone FS-50制备的喷涂液，可在多种常见工程材料表面制备空气中稳定超亲极性-超疏非极性液体表面。通过热力学计算证明此类表面具有较高极性和较低非极性表面张力组成部分。喷涂制备的多孔不锈钢网可实现广义的过极性液体-阻低极性液体分离，并成功分离了表面张力差值低至3.1 mJ m−2的两种不互溶液体，提出液体与分离材料表面的极性作用是进行有机液体分离新的分离机制。 3. 通过精细调控表面化学，利用常见亲水纳米粒子及氟碳表面活性剂Zonyl 9977在不锈钢网基底上喷涂制备出有机介质液下超双疏分离膜，即高极性液体下超疏低极性液体液滴和低极性液体下超疏高极性液体液滴，可实现不互溶有机液体对高效按需分离。 4. 利用化学气相沉积(CVD)工艺低表面能化学修饰粗糙超亲水织物表面，制备的超疏水织物表面选择性保留亲水组成，因此在无任何持续外场刺激下可在同一织物表面同时实现空气中超疏水和水下超疏油性质，因此，可以实现基于新型超润湿性质的按需油水分离。利用制备的超疏水表面在弱碱性介质下缓慢分解的特点，通过在超疏水工程材料表面构筑微米尺度亲水缺陷，制备出兼得空气中超疏水和水下超疏油表面，从实验上证明超疏水表面在水下并不都是超亲油性质。 5. 在工程材料表面构筑亲-疏水表面异质化学，进一步精确调控亲疏水表面化学作用，实现了(1) 水下超疏油和油下超疏水二重超疏液状态; (2) 空气中超疏水、水下超疏油和油下超疏水三重超疏液状态; (3) 空气中超疏水和油，水下超疏油和油下超疏水四重超疏液状态。同时，在氨气和紫外辐照协助调控表面化学的条件下，得到空气中超亲水-超疏油及油下超亲水两种仍鲜有报道的极端润湿状态。同时，与油下超疏水表面相比，油下超亲水表面在分离表面活性剂稳定的油包水乳液时具有更好的分离性能。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.licp.cn/handle/362003/29117]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院兰州化学物理研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙依晗. 工程微纳界面材料多相介质极端润湿调控及转换[D]. 北京. 中国科学院大学. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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