04第四章海洋防污损技术与材料聚合物基体超疏水表面结构制备实例(PDMS).ppt

聚合物基体超疏水表面结构制备实例 Preparation of Superhydrophobic Surface on PDMS Substrate through Soft Lithography Technology 1) 实验材料及试剂 聚二甲基硅氧烷[Polydimethylsiloxane (PDMS)]； 聚乙烯醇[poly vinyl alcohol (PVA) M.W. 88000] 去离子水； 镊子、烧杯、移液管、容量瓶等玻璃仪器、 2) 实验仪器 场发射扫描电子显微镜(FESEM)：日本JEOL公司JSM-6700场发射扫描电子显微镜； 扫描电子显微镜 (SEM)：日本HITACHI公司S-4300N扫描电子显微镜； 接触角仪(CA)：德国Dataphysics公司OCA20 接触角测定仪。 电子天平、普通烘箱、离子溅射仪等 Preparation of Superhydrophobic Surface on PDMS Substrate through Soft Lithography Technology 3) 试样的制备 (1)一次复形的表面。首先配置15 wt%的PVA水溶液，并将其铺展在新鲜的玫瑰花花瓣表面，待其在常温下固化24小时后与玫瑰花花瓣进行分离得到一次复形的表面。 Preparation of Superhydrophobic Surface on PDMS Substrate through Soft Lithography Technology (3) 对比试验：平滑 PDMS 表面的制备 首先将PDMS与其固化剂充分搅拌混合， 再用抽真空的方法出去其中的空气气泡。 最后将混合物铺展在玻璃基底表面，在60oC条件下固化10小时 得到厚3mm，面积2*2 cm2的、具有平滑表面的PDMS 对比样品。 Preparation of Superhydrophobic Surface on PDMS Substrate through Soft Lithography Technology 4) 样品表征 (1) 样品表面微观形貌分析: 采用SEM进行。首先将样品固定在SEM样品台上，溅射上一薄层Pt以增加导电性后，即可进行扫描电镜观察。SEM表征是在JEOL JSM-6700F上进行的，工作电压3 kV。 (2) 样品的表面浸润性分析：通过接触角检测仪测量。将所制备样品放于接触角样品测量台上，在室温条件下进行接触角测量，测量结果取样品表面5个不同点的平均值。 样品表征：玫瑰花瓣的SEM照片 样品表征：玫瑰花瓣的SEM照片 样品表征：玫瑰花瓣的表面浸润性 样品表征：玫瑰花瓣表面水的高粘滞性 样品表征：一次复形所得PVA的表面微观形貌 样品表征：二次复形所得PDMS的表面微观形貌 样品表征：二次复形所得PDMS的表面微观形貌 样品表征：PDMS 复形产物的浸润性 理论解释 Wenzel和Cassie模型都认为固体表面的粗糙度可以增强其表面的疏液性，但两者内在机制却是不一样的，液滴对粗糙表面上凹槽填充度的不同使得它们的接触角滞后现象有很大的区别，同时导致粘附性能有所差异，进而影响超疏液表面的动态性能。 一般而言，前者是通过增加固液接触面积而实现表观接触角的增大，因此液滴几乎被牢固地粘附于固体表面上，滚动角非常大；后者则是通过减少固液接触面积而增强表观接触角的，滚动角非常小，宏观表现上水滴很容易在这样的表面上滚落。 由于两种状态都可以增大疏液表面的表观接触角，因此可以将液滴在表面的滚动性作为水滴在粗糙表面处于Wenzel或Cassie状态的简单判别方法 理论模型 金美花博士的理论解释 Wenzel与Cassie过渡的状态，也称复合态，命名为Gecko状态。 复合态表面的空气存在两种类型：一种是与环境相通的；另一种是被封闭在微纳复合结构内的。 当水滴静止在表面上的时候，复合态表面的空气的作用是导致了高的接触角，而水滴和表面的作用力是范德华力的。此时与Cassie状态的情形类似。 然而，一旦水滴被外力拉，封闭在纳米管内的空气的体积将发生相应的变化而引起负压，这样就可能产生一个“粘附”力。 * * 以聚二甲基硅氧烷为例 (2)二次复形表面。然后将PDMS与其固化剂的混合物铺展在一次复形产物上，待其在60℃条件下固化5小时后，再进行分离得到最终的二次复形表面。 M. Jin, X. Feng, L. Feng, T. Sun, J. Zhai, T. Li, L. Jiang, Adv. Mater. 2005, 17, 1977.