湿度是一种固体表面性质,与自然和人类社会密切相关。我们随处可见与水分有关的现象,比如水在物体表面蔓延,滴落在窗户上,在荷叶上滚动,雨水冲刷掉树叶上的灰尘。超疏水性是一种特殊的表面润湿现象,是指液滴与固体表面接触角大于150°,滞后角小于10°的表面现象。随着对超疏水现象的研究,发现超疏水表面具有优异的防雾、防腐蚀、减阻和防粘连性能,不仅影响自然生物的日常生活,而且在工农业生产和生物医学领域也发挥着重要作用。
目前,超疏水表面的制备大多采用湿法工艺,但聚四氟乙烯难溶于市场溶剂,不适合湿法工艺。采用低功率电子束蒸发法制备聚FTFE薄膜。主要研究内容如下:
用低功率电子束法在陶瓷基片上沉积了聚四氟乙烯薄膜。研究了制备工艺和衬底性质对聚四氟乙烯薄膜形貌和润湿性的影响。结果表明,制备的薄膜表面具有疏水性,硫酸浓度、刻蚀时间和沉积时间对薄膜的表面形貌、粗糙度和疏水性有显著影响。将聚四氟乙烯薄膜沉积在陶瓷片和载玻片上,并计算基底的表面能。研究发现,基底表面粗糙度和表面能同时影响薄膜的表面润湿性,但表面能的影响比粗糙度的影响更明显。
通过改变制备条件,在草酸腐蚀的铜基底上成功制备了超疏水聚四氟乙烯薄膜。切膜表面大接触角达到153.34°,滚动角几乎为0°,表现出优异的超疏水效果。通过分析,进一步说明低表面能物质的修饰是基底表面超疏水性的主要原因。
在磁控溅射铜薄膜的基础上,分别经过退火和H2O2溶剂处理,制备了铜/聚四氟乙烯复合膜。研究了工艺条件对复合膜表面形貌、粗糙度和疏水性的影响。结果表明,经H2O2处理后的铜薄膜表面形成了大粗糙度的纳米棒结构。在基底上沉积了聚四氟乙烯薄膜,铜/聚四氟乙烯复合膜的表面接触角为155.17°,滚动角为2°,表现出优异的超疏水性。
采用电子束蒸发法在铜基体上沉积了聚乙烯铂/聚四氟乙烯复合膜,研究了过渡层聚乙烯厚度对复合膜表面附着力和疏水性的影响。结果表明,草酸刻蚀的铜芯片复合膜的疏水性优于刻蚀的复合膜。同时,附着力与接触角呈负相关。附着力越小,接触角越大,表面疏水性越好。结果表明,一定厚度的聚乙烯过渡层可以明显降低薄膜表面的附着力,增强疏水性。