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摘 要

本科生签名： 指导导师签名： 日期：

基于微纳结构表面的自清洁效应研究

摘 要

随着微纳米材料科学的发展，一些新材料不断涌现。这些材料的物理化学特性通常与他们微观结构尺寸有关。近几年，一种基于微纳米结构的自清洁材料展现出类似于“荷叶”表面的性质，水在其表面上呈现出水珠状而且具有非常好的滚动性，所以自清洁材料表面结构通常呈现出超疏水特性。

超疏水的表面表现出高接触角和低接触角滞后（滚动角），该特性由低表面自由能和微细粗糙结构共同决定。近年来，因为这些材料在诸如防水纺织品，自清洁表面和防污/防腐蚀涂料中的潜在应用已经引起了极大的关注。但是目前,大多数制备方法需要的实验条件十分严格、步骤杂多而且成本昂贵,不能应用于工程化使用。现已制备的超疏水材料也存在许多问题，比如表面微细粗糙结构强度不高、容易老化、容易磨损、污染、使用寿命短。

在这项工作中，我们提出了制造超疏水性涂层的简单策略, 旨在通过简单的喷雾手段让含疏水性二氧化硅纳米粒子的硫醇 - 烯树脂进行UV光聚合反应，从而形成一种包含多层次形态和低能量的表面，赋予基材超疏水特性。

关键词：荷叶表面 超疏水表面 多层次形态 低能量表面 喷涂工艺 混合硫醇 - 烯树脂

RESEARCH ON SELF-CLEANING EFFECT ON THE SURFACE OF MICRO- AND NANOSTRUCTURES

Abstract

With the development of micro and nano materials science, new materials are emerging. Physical and chemical properties of these materials are usually related to their micro structure dimensions. In recent years, self-cleaning materials based on micro and nano structures exhibit the nature of lotus leaves, on which the water droplets show very good shape and roll off smoothly , so the self-cleaning surfaces are also well known as super hydrophobic surfaces.

Super hydrophobic surfaces, exhibiting high contact angles and low contact angle hysteresis, have the characteristics of low surface free energy and surface micro-roughness. In recent years, because of the outstanding performance in potential applications, such as liquid-resistant textiles, self-cleaning surfaces and stain / anti-corrosion coating, these materials have attracted great interests. But for now, most of the preparation methods are restricted to harsh experimental conditions, complicated steps, high costs and could not be used in practical applications. The already made super hydrophobic materials are suffering lots of problems, and most of them are easy to aging, easy to wear, easy to pollution, have short life times or other shortcomings.

In this work, we present a simple strategy for fabrication of super hydrophobic coatings , from hydrophobic silica nano particles and thiol-ene resin mixture under UV photopolymerization, rendering any substrate super hydrophobic property.

KEY WORDS:Lotus leaf surface, Super hydrophobic surface, Multi-level form, Low-energy surface, Spraying, Mixed thiol-ene resin

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 课题研究背景 3

1.3 自清洁材料的研究现状以及相关应用 4

1.4 本文的研究目的与主要研究内容 6

第二章 超疏水表面的理论研究 6

2.1 超疏水表面的定义 6

2.2 超疏水表面的特性与机理 7

2.3 有关超疏水表面的3大方程的解释 8

2.3.1 Young式方程 8

2.3.2 Wenzel方程 8

2.3.3 Cassie方程 9

第三章 传统超疏水表面制作工艺与其缺陷 10

3.1 模板法 11

3.2 等离子体法 11

3.3 化学气相沉积法 11

3.4 静电纺丝法 12

3.5 蒸汽诱导相分离法 12

3.6 溶胶凝胶法 13

3.7 激光和等离子体刻蚀法 13

3.8 拉伸法 13

3.9 腐蚀法 13

第四章 可喷涂超疏水表面的理论设计及其实验制备 14

4.1 制备可喷涂超疏水表面的实验原理 14

4.2 制备可喷涂超疏水表面的实验材料 14

4.3 制备可喷涂超疏水表面的实验器材 15

4.4 制备可喷涂超疏水表面的实验步骤 16

4.5 制备可喷涂超疏水表面的实验表征 16

4.6 制备可喷涂超疏水表面的实验结果数据与论证 16

结 论 17

致 谢 18

参考文献（References） 18

第一章 绪论

1.1引言

“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖......”北宋理学家周敦颐在《爱莲说》中用婉约精致的诗句表达了对莲花的热爱与莲花精神的推崇，而在科技高速发展的今天，莲花“出淤泥而不染”的特性同样也吸引了国内外众多科学家的目光，同时也对大自然中的“超疏水”现象产生了极大的兴趣，不仅仅是荷叶表面的超疏水现象，壁虎脚趾的微观结构、蝉翼表面结构、水黾、水稻叶以及蝴蝶等等自然界中的生物都具有超疏水的特性，这让科学家们看到新的希望，希望能够通过大自然的启迪制备出具有荷叶性能的自清洁材料。

那要制备模仿自然界的自清洁材料就需要先了解大自然中的超疏水机理。

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