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《玻璃表面超疏水性薄膜制備》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、玻璃表面超疏水性薄膜制備助財(cái)料2007年第6期(38)卷玻璃表面超疏水性薄膜制備趙高揚(yáng),郅曉,?；埯?西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安710048)摘要:采用溶膠一凝膠法,以三甲基氯硅烷,氫氟硅酸和水為先驅(qū)體,在玻璃基片上用提拉法制備出一種含有一CF.強(qiáng)疏水性基團(tuán)的氟硅烷薄膜.通過紅外光譜和掃描電鏡對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了表征和觀察.并用接觸角測(cè)定儀三甲基氯硅烷和氫氟硅酸在不同摩爾配比下薄膜疏水性能.結(jié)果表明該薄膜具有高度交聯(lián)的不規(guī)則球狀表面結(jié)構(gòu).當(dāng)三甲基氯硅烷和氫氟硅酸的摩爾比為2.5:1時(shí),薄膜具有超疏水性,對(duì)水滴的表面接觸角可達(dá)156..關(guān)鍵詞:三甲基氯硅烷;氫氟硅
2、酸;超疏水;表面粗糙度;接觸角中圖分類號(hào):Q611.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1001—9731(2007)06—1034—031引言液體在玻璃表面的潤(rùn)濕性與表面物質(zhì)的化學(xué)特性和表面結(jié)構(gòu)有關(guān).就化學(xué)特性而言,有機(jī)聚合物是主要的疏水物質(zhì),其疏水性分子中除了碳外,含有大量低表面能的硅,服等原子基團(tuán),它能極大地降低材料的表面能,使其對(duì)水的接觸角增大[1].目前主要應(yīng)用氟硅烷系(FAS),氟系及有機(jī)硅化合物等來提高疏水性.其中氟硅烷系(FAS)有機(jī)物具有特殊的化學(xué)惰性,即不溶于水也不溶于酸堿溶液,對(duì)各種氣體和水蒸氣具有很小的滲透性,由FAS制得的疏水薄膜都可獲得>100.的接觸角,從
3、而得到了廣泛的應(yīng)用[2叫].就表面結(jié)構(gòu)而言,由Wenzel和Cassie的理論推導(dǎo)可以得出:較大粗糙度和細(xì)針狀表面形貌的存在能減小了表面能,使水滴與薄膜的接觸面積變小,提高了接觸角[1釓u].如果從表面結(jié)構(gòu)和有機(jī)物化學(xué)特性兩方面人手,有可能使薄膜表面呈現(xiàn)出超疏水特性.本研究中,采用三甲基氯硅烷及氫氟硅酸,去離子水等為原料,通過sol—gel法,在玻璃基板上制成了氟硅烷有機(jī)物薄膜,使水對(duì)玻璃的接觸角達(dá)156.,獲得超疏水特性.2實(shí)驗(yàn)2.1溶膠配制實(shí)驗(yàn)中采用三甲基氯硅烷((CH).SIC1),氫氟硅酸(HzSiF6)和去離子水為原料配置氟硅烷有機(jī)溶膠.在三甲基氯硅烷(TMCS)中加入一
4、定量的H.SiF6和去離子水?dāng)嚢?0min,得到黃色透明的氟硅烷溶膠,然后陳化24h備用.其中TMCS與水的摩爾比例為((CH3)3SIC1):(H2O)一1:5,TMCS與的H2SiF6摩爾比例為(O.5:1)～(5:1)幾種不同比例.2.2疏水薄膜的制備將玻璃基板經(jīng)過酸洗,醇洗及超聲波清洗后,浸入氟硅烷溶膠中.利用提拉法涂覆溶膠,形成凝膠膜,提拉速度為0.6mm/s.并進(jìn)行200℃預(yù)處理,最終400℃熱處理,得到氟硅烷薄膜.2.3測(cè)試方法在室溫環(huán)境下,測(cè)量了薄膜表面5個(gè)不同位置的接觸角,并取其平均值作為薄膜的表面接觸角;薄膜的表面成分通過紅外分光光度計(jì)進(jìn)行了測(cè)試分析;采用日本株
5、式會(huì)社小坂研究所的表面粗糙度儀(surfcord—er)來測(cè)試薄膜的表面輪廓,其型號(hào)為EF-2500;通過型號(hào)為Amray1000的掃描電子顯微鏡觀察了薄膜的表面形貌.3結(jié)果與討論3.1薄膜化學(xué)成分3.1.1有機(jī)物制備與疏水特性在三甲基氯硅烷中加入不同摩爾比例的H.SiF6和去離子攪拌0.5h,TMCS與水的摩爾比例為((CH3)3SIC1):(H2O)一1t5,TMCS與的H2SiF6摩爾比例為(O.5:1)～(5t1)幾種不同比例.利用sol—gel法制備薄膜后,各種配制條件下得到的薄膜表面接觸角如表1所示,可以看出:表面接觸角隨著TMCS和HzSiF.配比變化,這是由于三甲基
6、氯硅烷與氫氟硅酸配比不同生成的化學(xué)產(chǎn)物不同;TMCS與HzSiFe摩爾比為2.5t1時(shí)得到的薄膜表面接觸角最大,這是由于該配比下,生成了硅氧烷基和一CF3基團(tuán).玻璃表面涂膜前后疏水特性分別如圖1中的(a)和(b)所示.圖1(a)為玻璃;(b)為具有薄膜涂層的玻璃(TMCS和H2SiF6的摩爾比為2.5:1).由圖1可以看出在普通玻璃表面,水滴呈潤(rùn)濕狀態(tài),水滴直徑為Imm,其表面接觸角為28.;涂覆薄膜后表面的潤(rùn)濕情況如1圖(b)所示,表面接觸角明顯增大,水滴在薄膜表面呈不潤(rùn)濕超疏水狀態(tài),接觸角達(dá)156.,在有外力作*基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(90401009)收到初稿日期
7、:2006一II?15收到修改稿日期:2007?02—06通訊作者:趙高揚(yáng)作者簡(jiǎn)介:趙商揚(yáng)(1958一).男,陜西富平人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事功能薄膜研究.趙高揚(yáng)等:玻璃表面超疏水性薄膜制備用下,水滴可以自動(dòng)滾落離開表面,產(chǎn)生防水和自清潔效應(yīng).表1薄膜表面接觸角隨著TMCS和H.SiF摩爾比的變化Table1Contactangelsofthinfilmwithdifferentmo—larratioofTMCSandH2SiF6(TMCS)0接觸角(TMCS)
