从自然到仿生的疏水超疏水界面材料学习教案

1、会计学1从自然到仿生的疏水超疏水界面从自然到仿生的疏水超疏水界面(jimin)材料材料第一页，共66页。第1页/共65页第二页，共66页。第2页/共65页第三页，共66页。n疏水表面：纺织疏水表面：纺织品、自清洁玻璃、品、自清洁玻璃、化工化工(hugng)(hugng)管道输送等等管道输送等等第3页/共65页第四页，共66页。第4页/共65页第五页，共66页。n(6)(6)抗粘性抗粘性n(7)(7)耐磨耐磨(nai m)(nai m)擦性擦性n(8)(8)光学特性光学特性n(9)(9)电学性能电学性能n(10)(10)流变性能流变性能n含氟聚合物的优异性能：含氟聚合物的优异性能：第5页/共65

2、页第六页，共66页。HFCl范德华引力半径范德华引力半径/nm0.120.1350.18电负性电负性2.14.03.0CX键能键能/kJ.mol-1416.31485.34326.35CX极化率极化率/10-24cc0.660.682.58第6页/共65页第七页，共66页。聚十五氟聚十五氟庚烷基甲庚烷基甲基丙烯酸基丙烯酸乙酯乙酯聚合物聚合物结构结构氟含量氟含量%表面张力（表面张力（dyn/cm）聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯-(-CH2CF2-)-59.3255911CH2C(CH3) C OO CH2CH2C7F15第7页/共65页第八页，共66页。氟丙烯酸酯聚合物的表面氟丙烯酸酯聚合物的表面(b

3、iomin)形貌形貌第8页/共65页第九页，共66页。第9页/共65页第十页，共66页。第10页/共65页第十一页，共66页。第11页/共65页第十二页，共66页。第12页/共65页第十三页，共66页。第13页/共65页第十四页，共66页。第14页/共65页第十五页，共66页。02040608010012060708090100110Contact angle ( 0 )Annealing time(min)Annealingtemperatureis120,thesampleisBMA96FAEA10.2热处理热处理t的影响的影响406080100120140708090100110Cont

4、act angle (0)Annealing temperature( 0C ) Annealingtimeis30min,thesampleisBMA96FAEA10.2热处理热处理T的影响的影响第15页/共65页第十六页，共66页。BMABMA嵌段长度对接触角的影响嵌段长度对接触角的影响(yngxing)(yngxing)水在共聚物表面的接水在共聚物表面的接触角触角石蜡油在共聚物石蜡油在共聚物表面的接触角表面的接触角FAEA链段长度链段长度固定固定(gdng)为为 BMAxFAEA2.0 第16页/共65页第十七页，共66页。水在共聚物表面水在共聚物表面的接触角的接触角石蜡油在共石蜡油在共

5、聚物表面的聚物表面的接触角接触角 FAEA FAEA嵌段长度对接触角的影响嵌段长度对接触角的影响(yngxing)(yngxing)BMABMA嵌段长度嵌段长度固定固定(gdng)(gdng)为为 96 96BMA96FAEAx 第17页/共65页第十八页，共66页。Fowkes：界面界面(jimin)间的吸间的吸引力应为表引力应为表面上不同分面上不同分子间作用力子间作用力之和之和pdlllv液体液体(yt)在固体表面的润湿行为可以用在固体表面的润湿行为可以用Yong氏方程来描述氏方程来描述)(2)(21lvplpslvdldsCoseslsvlvCos第18页/共65页第十九页，共66页。

6、含氟嵌段共聚物固体表面含氟嵌段共聚物固体表面(biomin)(biomin)能的能的计算计算 SampleWF(%)(H2O)degree(C2H2I2)degreecmN/mdmN/mpmN/msvmN/mBMA96FAEM2.1c5.590662522.56224.56BMA96FAEM3.17.61058418.714.241.7315.97BMA96FAEM4.510.61068618.313.31.7015.00BMA96FAEM8.217.01128815.412.960.9213.88BMA96FAEM10.119.71138815.013.040.8313.87第19页/共65

7、页第二十页，共66页。第20页/共65页第二十一页，共66页。用极少量的改性的丙烯酸酯树脂膜具有用极少量的改性的丙烯酸酯树脂膜具有(jyu)低表面性质低表面性质01234708090100110contact anglewt ratio ( % )接触角接触角0123416182022242628303234rs(mN/m)wt ratio(%)表面张力表面张力第21页/共65页第二十二页，共66页。氟含量相近氟含量相近(xinjn)时，嵌段共聚物具有比无规共聚物更低的时，嵌段共聚物具有比无规共聚物更低的表面张力，表面张力，但二者差别并不大；但二者差别并不大；TypeSamplesWF(%)(

8、H2O)degree(C2H2I2)degreedmN/mpmN/msmN/m5seriesMA156FAEA1.74.54906423.23.726.9MArF-54.82906323.83.627.416%seriesMA72FAEA3.515.51108414.70.815.5MArF-17%16.31098415.11.016.1第22页/共65页第二十三页，共66页。第23页/共65页第二十四页，共66页。SamplesWf(%)TakeoffangleComposition（%）F1s/C1sO1s/C1sCOFMA-5(MA72FAEA3.5)15.530041.0412.746

9、.21.130.3190043.6514.641.70.960.34Calculatedvalues*0.310.39MArF-1716.330043.4814.242.30.970.3390045.6516.138.30.840.35Calculatedvalues*0.330.39讨论讨论(toln)：1.出射角的影响出射角的影响(yngxing)2.含氟链段的趋含氟链段的趋表性表性3.无规共聚物和无规共聚物和嵌段共聚物的比较嵌段共聚物的比较(bjio)信息汇总分析如下表所示：信息汇总分析如下表所示：出射角反映深度信息，越小越近表面出射角反映深度信息，越小越近表面第24页/共65页第二十五

10、页，共66页。TreatmentconditionComposition(%)F1s/C1sO1s/C1sCFOwithoutAretching44.4837.4618.10.840.41afterAretching15min.87.532.969.500.0340.11Calculatedvalues650.3134.70.0050.53MA72FAEAMA72FAEA改性改性(2wt%)(2wt%)丙烯酸酯树脂丙烯酸酯树脂(shzh)(shzh)膜的膜的XPSXPS分析分析1.利用利用XPS测得的表面氟元素含量接近纯含氟嵌段共聚物；测得的表面氟元素含量接近纯含氟嵌段共聚物；2.是本体氟含量

11、的是本体氟含量的100多倍；多倍；3.不同刻蚀时间反应不同刻蚀时间反应(fnyng)“深度深度”信息信息大约大约(dyu)7-10nm第25页/共65页第二十六页，共66页。第26页/共65页第二十七页，共66页。氟丙烯酸酯水性乳液氟丙烯酸酯水性乳液氟单体分散氟单体分散难难成本成本氟单体价格高氟单体价格高难难 点点第27页/共65页第二十八页，共66页。010203040506060708090100110120130contact angle( 0 )content of FTM(wt%)(binhu)(binhu)趋于平缓趋于平缓第28页/共65页第二十九页，共66页。2025303540

12、4550111112113114115116117118119120Contact Angle( 0 )content of FTM (wt%) core-shell normal第29页/共65页第三十页，共66页。第30页/共65页第三十一页，共66页。第31页/共65页第三十二页，共66页。第32页/共65页第三十三页，共66页。第33页/共65页第三十四页，共66页。第34页/共65页第三十五页，共66页。n径为径为59um59um第35页/共65页第三十六页，共66页。均直径为均直径为120 nm结构分支组结构分支组成；成；荷叶表面的微荷叶表面的微/ /纳米复合纳米复合(fh)(fh

13、)结构结构第36页/共65页第三十七页，共66页。第37页/共65页第三十八页，共66页。第38页/共65页第三十九页，共66页。第39页/共65页第四十页，共66页。第40页/共65页第四十一页，共66页。Cos*=r=粗糙表面粗糙表面(biomin)(biomin)下的液滴接触下的液滴接触角角与界面张力的关系与界面张力的关系表观表面面积实际表面面积LVSLSV ) -r(第41页/共65页第四十二页，共66页。Cassie模型：气垫模型 (由空气和固体组成(z chn)的固体界面)Cos= fcos+(1-f)cos180 = fcos+f-1f=a/(a+b)f为水与固体接触的面积为水与

14、固体接触的面积(min j)与水滴在固体表面接触的总面积与水滴在固体表面接触的总面积(min j)之比之比粗糙粗糙(cco)表面下的液滴接触角与表面下的液滴接触角与f 的关系的关系第42页/共65页第四十三页，共66页。第43页/共65页第四十四页，共66页。第44页/共65页第四十五页，共66页。第45页/共65页第四十六页，共66页。第46页/共65页第四十七页，共66页。第47页/共65页第四十八页，共66页。第48页/共65页第四十九页，共66页。第49页/共65页第五十页，共66页。第50页/共65页第五十一页，共66页。粗糙度因子粗糙度因子(ynz)第51页/共65页第五十二页，共

15、66页。第52页/共65页第五十三页，共66页。n第53页/共65页第五十四页，共66页。第54页/共65页第五十五页，共66页。第55页/共65页第五十六页，共66页。溶剂种类溶剂种类PMMA溶溶解度情况解度情况PFMA溶解溶解度情况度情况接触角大小接触角大小THF溶解溶解不溶解不溶解150 n溶剂种类溶剂种类(zhngli)对膜疏水性能的影对膜疏水性能的影响响第56页/共65页第五十七页，共66页。a) 溶剂中聚合物粒子的形态溶剂中聚合物粒子的形态(xngti) b) 干燥成膜时聚合物的形态干燥成膜时聚合物的形态(xngti)含氟大分子链段微溶解含氟大分子链段微溶解(rngji)，PMMA

16、链段呈核状卷曲链段呈核状卷曲随溶剂挥发随溶剂挥发(huf)，聚合物小球之间很难互相渗透，形成纳米级粗糙表面，聚合物小球之间很难互相渗透，形成纳米级粗糙表面溶剂挥发溶剂挥发第57页/共65页第五十八页，共66页。超疏水膜的接触角超疏水膜的接触角 a)无热处理无热处理 b)热处理热处理2h c)热处理热处理6h146 b) 155 c) 151 滚动滚动(gndng)角角5 滚动滚动(gndng)角角180时仍时仍不滚不滚 滚动滚动(gndng)角角5 氟丙烯酸酯聚合物超疏水材料(cilio)第58页/共65页第五十九页，共66页。未热处理膜的未热处理膜的SEM照片照片(zhopin) 热处理热处理2h后膜后膜SEM照片照片(zhopin)第59页/共65页第六十页，共66页。热处理热处理6h后膜的后膜的SEM照片照片(zhopin)氟元素大量氟元素大量(dling)聚集，形成海岛结构，对水滴的高黏附力消失聚集，形成海岛结构，对水滴的高黏附力消失第60页/共65页第六十一页，共66页。第61页/共65页第六十二页，共66页。第62页/共65页第六十三页，共66页。n防水和防污处理；防水和防污处理；第63页/共