從自然到仿生的疏水超疏水界面材料學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1從自然到仿生的疏水超疏水界面從自然到仿生的疏水超疏水界面(jimin)材料材料第一頁，共66頁。第1頁/共65頁第二頁，共66頁。第2頁/共65頁第三頁，共66頁。n疏水表面：紡織疏水表面：紡織品、自清潔玻璃、品、自清潔玻璃、化工化工(hugng)(hugng)管道輸送等等管道輸送等等第3頁/共65頁第四頁，共66頁。第4頁/共65頁第五頁，共66頁。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)光學(xué)特性光學(xué)特性n(9)(9)電學(xué)性能電學(xué)性能n(10)(10)流變性能流變性能n含氟聚合物的優(yōu)異性能：含氟聚合物的優(yōu)異性能：第5頁/共65

2、頁第六頁，共66頁。HFCl范德華引力半徑范德華引力半徑/nm0.120.1350.18電負(fù)性電負(fù)性2.14.03.0CX鍵能鍵能/kJ.mol-1416.31485.34326.35CX極化率極化率/10-24cc0.660.682.58第6頁/共65頁第七頁，共66頁。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結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)氟含量氟含量%表面張力（表面張力（dyn/cm）聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯-(-CH2CF2-)-59.3255911CH2C(CH3) C OO CH2CH2C7F15第7頁/共65頁第八頁，共66頁。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頁/共65頁第九頁，共66頁。第9頁/共65頁第十頁，共66頁。第10頁/共65頁第十一頁，共66頁。第11頁/共65頁第十二頁，共66頁。第12頁/共65頁第十三頁，共66頁。第13頁/共65頁第十四頁，共66頁。第14頁/共65頁第十五頁，共66頁。02040608010012060708090100110Contact angle ( 0 )Annealing time(min)Annealingtemperatureis120,thesampleisBMA96FAEA10.2熱處理熱處理t的影響的影響406080100120140708090100110Cont

4、act angle (0)Annealing temperature( 0C ) Annealingtimeis30min,thesampleisBMA96FAEA10.2熱處理熱處理T的影響的影響第15頁/共65頁第十六頁，共66頁。BMABMA嵌段長度對接觸角的影響嵌段長度對接觸角的影響(yngxing)(yngxing)水在共聚物表面的接水在共聚物表面的接觸角觸角石蠟油在共聚物石蠟油在共聚物表面的接觸角表面的接觸角FAEA鏈段長度鏈段長度固定固定(gdng)為為 BMAxFAEA2.0 第16頁/共65頁第十七頁，共66頁。水在共聚物表面水在共聚物表面的接觸角的接觸角石蠟油在共石蠟油在共

5、聚物表面的聚物表面的接觸角接觸角 FAEA FAEA嵌段長度對接觸角的影響嵌段長度對接觸角的影響(yngxing)(yngxing)BMABMA嵌段長度嵌段長度固定固定(gdng)(gdng)為為 96 96BMA96FAEAx 第17頁/共65頁第十八頁，共66頁。Fowkes：界面界面(jimin)間的吸間的吸引力應(yīng)為表引力應(yīng)為表面上不同分面上不同分子間作用力子間作用力之和之和pdlllv液體液體(yt)在固體表面的潤濕行為可以用在固體表面的潤濕行為可以用Yong氏方程來描述氏方程來描述)(2)(21lvplpslvdldsCoseslsvlvCos第18頁/共65頁第十九頁，共66頁。

6、含氟嵌段共聚物固體表面含氟嵌段共聚物固體表面(biomin)(biomin)能的能的計(jì)算計(jì)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頁/共65

7、頁第二十頁，共66頁。第20頁/共65頁第二十一頁，共66頁。用極少量的改性的丙烯酸酯樹脂膜具有用極少量的改性的丙烯酸酯樹脂膜具有(jyu)低表面性質(zhì)低表面性質(zhì)01234708090100110contact anglewt ratio ( % )接觸角接觸角0123416182022242628303234rs(mN/m)wt ratio(%)表面張力表面張力第21頁/共65頁第二十二頁，共66頁。氟含量相近氟含量相近(xinjn)時(shí)，嵌段共聚物具有比無規(guī)共聚物更低的時(shí)，嵌段共聚物具有比無規(guī)共聚物更低的表面張力，表面張力，但二者差別并不大；但二者差別并不大；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頁/共65頁第二十三頁，共66頁。第23頁/共65頁第二十四頁，共66頁。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討論討論(toln)：1.出射角的影響出射角的影響(yngxing)2.含氟鏈段的趨含氟鏈段的趨表性表性3.無規(guī)共聚物和無規(guī)共聚物和嵌段共聚物的比較嵌段共聚物的比較(bjio)信息匯總分析如下表所示：信息匯總分析如下表所示：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頁/共65頁第二十五

10、頁，共66頁。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%)丙烯酸酯樹脂丙烯酸酯樹脂(shzh)(shzh)膜的膜的XPSXPS分析分析1.利用利用XPS測得的表面氟元素含量接近純含氟嵌段共聚物；測得的表面氟元素含量接近純含氟嵌段共聚物；2.是本體氟含量

11、的是本體氟含量的100多倍；多倍；3.不同刻蝕時(shí)間反應(yīng)不同刻蝕時(shí)間反應(yīng)(fnyng)“深度深度”信息信息大約大約(dyu)7-10nm第25頁/共65頁第二十六頁，共66頁。第26頁/共65頁第二十七頁，共66頁。氟丙烯酸酯水性乳液氟丙烯酸酯水性乳液氟單體分散氟單體分散難難成本成本氟單體價(jià)格高氟單體價(jià)格高難難 點(diǎn)點(diǎn)第27頁/共65頁第二十八頁，共66頁。010203040506060708090100110120130contact angle( 0 )content of FTM(wt%)(binhu)(binhu)趨于平緩趨于平緩第28頁/共65頁第二十九頁，共66頁。2025303540

12、4550111112113114115116117118119120Contact Angle( 0 )content of FTM (wt%) core-shell normal第29頁/共65頁第三十頁，共66頁。第30頁/共65頁第三十一頁，共66頁。第31頁/共65頁第三十二頁，共66頁。第32頁/共65頁第三十三頁，共66頁。第33頁/共65頁第三十四頁，共66頁。第34頁/共65頁第三十五頁，共66頁。n徑為徑為59um59um第35頁/共65頁第三十六頁，共66頁。均直徑為均直徑為120 nm結(jié)構(gòu)分支組結(jié)構(gòu)分支組成；成；荷葉表面的微荷葉表面的微/ /納米復(fù)合納米復(fù)合(fh)(fh

13、)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第36頁/共65頁第三十七頁，共66頁。第37頁/共65頁第三十八頁，共66頁。第38頁/共65頁第三十九頁，共66頁。第39頁/共65頁第四十頁，共66頁。第40頁/共65頁第四十一頁，共66頁。Cos*=r=粗糙表面粗糙表面(biomin)(biomin)下的液滴接觸下的液滴接觸角角與界面張力的關(guān)系與界面張力的關(guān)系表觀表面面積實(shí)際表面面積LVSLSV ) -r(第41頁/共65頁第四十二頁，共66頁。Cassie模型：氣墊模型 (由空氣和固體組成(z chn)的固體界面)Cos= fcos+(1-f)cos180 = fcos+f-1f=a/(a+b)f為水與固體接觸的面積為水與

14、固體接觸的面積(min j)與水滴在固體表面接觸的總面積與水滴在固體表面接觸的總面積(min j)之比之比粗糙粗糙(cco)表面下的液滴接觸角與表面下的液滴接觸角與f 的關(guān)系的關(guān)系第42頁/共65頁第四十三頁，共66頁。第43頁/共65頁第四十四頁，共66頁。第44頁/共65頁第四十五頁，共66頁。第45頁/共65頁第四十六頁，共66頁。第46頁/共65頁第四十七頁，共66頁。第47頁/共65頁第四十八頁，共66頁。第48頁/共65頁第四十九頁，共66頁。第49頁/共65頁第五十頁，共66頁。第50頁/共65頁第五十一頁，共66頁。粗糙度因子粗糙度因子(ynz)第51頁/共65頁第五十二頁，共

15、66頁。第52頁/共65頁第五十三頁，共66頁。n第53頁/共65頁第五十四頁，共66頁。第54頁/共65頁第五十五頁，共66頁。第55頁/共65頁第五十六頁，共66頁。溶劑種類溶劑種類PMMA溶溶解度情況解度情況PFMA溶解溶解度情況度情況接觸角大小接觸角大小THF溶解溶解不溶解不溶解150 n溶劑種類溶劑種類(zhngli)對膜疏水性能的影對膜疏水性能的影響響第56頁/共65頁第五十七頁，共66頁。a) 溶劑中聚合物粒子的形態(tài)溶劑中聚合物粒子的形態(tài)(xngti) b) 干燥成膜時(shí)聚合物的形態(tài)干燥成膜時(shí)聚合物的形態(tài)(xngti)含氟大分子鏈段微溶解含氟大分子鏈段微溶解(rngji)，PMMA

16、鏈段呈核狀卷曲鏈段呈核狀卷曲隨溶劑揮發(fā)隨溶劑揮發(fā)(huf)，聚合物小球之間很難互相滲透，形成納米級粗糙表面，聚合物小球之間很難互相滲透，形成納米級粗糙表面溶劑揮發(fā)溶劑揮發(fā)第57頁/共65頁第五十八頁，共66頁。超疏水膜的接觸角超疏水膜的接觸角 a)無熱處理無熱處理 b)熱處理熱處理2h c)熱處理熱處理6h146 b) 155 c) 151 滾動(dòng)滾動(dòng)(gndng)角角5 滾動(dòng)滾動(dòng)(gndng)角角180時(shí)仍時(shí)仍不滾不滾 滾動(dòng)滾動(dòng)(gndng)角角5 氟丙烯酸酯聚合物超疏水材料(cilio)第58頁/共65頁第五十九頁，共66頁。未熱處理膜的未熱處理膜的SEM照片照片(zhopin) 熱處理熱處理2h后膜后膜SEM照片照片(zhopin)第59頁/共65頁第六十頁，共66頁。熱處理熱處理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，形成海島結(jié)構(gòu)，對水滴的高黏附力消失聚集，形成海島結(jié)構(gòu)，對水滴的高黏附力消失第60頁/共65頁第六十一頁，共66頁。第61頁/共65頁第六十二頁，共66頁。第62頁/共65頁第六十三頁，共66頁。n防水和防污處理；防水和防污處理；第63頁/共