铝基疏油表面的制备.docx

铝基疏油表面的制备铝基疏油表面的制备引言润湿性是固体表面的重要性质之一，它由固体表面自由能和表面粗糙度决定。关于超疏水表面的研究在国内外已有大量报道[1-6]，然而关于疏油方面的报道却很少[7]。当表面张力较小的油滴滴在这些疏水表面上时，这些油滴很容易铺展。这种仅疏水而不疏油的表面会对很多现象产生不良影响，例如：植物叶子在含有油污的污水中失去自清洁性能，海洋微生物容易在舰船表面上产生生物污浊，O型密封圈易发生肿胀等。因此，表面的疏油化处理在实际生产和生活中具有重要的应用价值。目前，Liu等[8]等通过复型制备出具有鱼皮结构的仿生表面，在水中可以实现疏油特性且对油滴表现出极低的黏附力；Kiuru等[9]利用过滤脉冲电弧放电（FPAD）法，以石墨-聚合物为阴极材料，制备了类金刚石的碳-聚二甲基硅氧烷杂化（DLC-PDMS-h）涂层，这种表面同时具有疏水和疏油的性能，并且液滴在表面上很容易滚动；Tuteja[7]等认为，除表面成分和粗糙度外，设计表面局部曲率是制备超疏油的第三要素，他们利用共混氟化分子和聚合物，设计了凹角弯曲结构的表面，系统改变了表面自由能，最终制备出了超疏油表面。本文采用普通铝板为基底，利用简单的液相生长技术制备了一种网孔结构粗糙表面，然后经十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）修饰后，该表面可以对表面张力大于45mN/m的油滴具有高的静态接触角和小的滚动角，显示了良好的动态润湿性。1实验将普通铝板依次经过丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗10分钟，吹干。称取20ml等摩尔浓度（0.1mol/l）的硝酸锌和六次甲基四胺溶液混合均匀作为反应液，采用600μl氢氟酸溶液（1mol/l）来调控产物微观形貌。将清洗完的Al片平放在充分均匀混合的反应液底部，在95℃干燥箱内恒温生长2h，取出，用二次去离子水彻底清洗，用高纯氮气吹干，以备表面修饰和表征。将上述生长好的基底和盛有十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）的小烧杯同时放在一个聚四氟乙烯瓶里，并将其密闭，放入150℃干燥箱里恒温3h，使铝表面覆盖一层FAS自组装单分子膜（SAMs），具体方法请见文献[10]。用扫描电镜(SEM，Hitachi3500)对所得的样品进行形貌观察；利用接触角测量仪(JC2000C1B)对表面的润湿性能进行研究。当液滴静置在样品表面上时，测得的接触角为静态接触角。为了测量动态润湿性能，缓慢旋转测量仪的样品平台，并实时捕捉液滴的动态图像：当液滴即将发生滚动时，此时样品的倾斜角即为滚动角，前进角与后退角之差即为滞后角。测量过程示意图见。2结果与讨论2.1形貌分析图示出了Al板表面经处理后的表面微观SEM形貌。可见，其形貌为排列紧密的网孔状结构，主要由微米级的`无序分布的“线”组成，这些“线”之间具有较大的间隙，这些间隙是由纳米级的绒毛结构组成。这种由微米级和纳米级组成的复合结构，一方面减少液滴与固体表面的接触面积，另一方面这些间隙内充满的空气，可以加大了液滴与空气接触面积，这对于该表面具有大的静态接触角是非常有利的。2.2润湿性表列出了去离子水、甘油、甲酰胺、二甘醇和硝基甲烷几种液滴的润湿性能，包括静态接触角、滚动角和滞后角。图2表达了这些液滴在该表面上的静态接触角、滚动角和滞后角与其表面张力之间的关系曲线。由可以看出，经十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS）修饰后，Al板表面不仅超疏水（静态接触角为151.5），而且即使对于表面张力只有37mN/m的硝基甲烷，也具有疏油效应（静态接触角为121.3）。Al板表面经FAS修饰后，由于FAS分子属于三活性点的氟硅烷[F3C(CF2)7(CH2)2Si(OCH3)3]，因此在形成自组装单分子（SAMs）之后，相邻的分子间也以Si-O-Si键形成横向的连接网，所以这种SAMs非常紧密，而且具有稳定的机械、化学和热力学性能[10]。这样，由低表面能组成的、紧密排布的FAS分子表面能够抵挡液滴向网孔状表面结构的渗透，同时Al板表面独特的微米-纳米复合粗糙结构，促成了Al板表面具有高的疏油静态接触角。