高性能微/纳米结构不粘薄膜的制备及机理研究

本文从仿生学的思路出发,分别采用化学腐蚀和阳极氧化的手段在金属表面构建出类荷叶表面的结构,并用低表面能物质(氟硅烷)对其进行修饰成膜,制备出高性能的微/纳米双尺度细观结构不粘薄膜.该薄膜最佳疏水接触角度达到163.0°,疏丁羟胶的角度也达到136.0°.     

不粘薄膜的微/纳米结构及其机理研究

拟通过化学腐蚀方法在铜基底上制备出高性能的不粘薄膜.具体为首先将分析纯HCl、HNO3、HF按体积比15:5:1混合,配制成腐蚀液对铜片进行腐蚀,构建出具有类荷叶表面的微/纳米结构,接着用按体积比1%配制好的氟硅烷溶液对该基片进行修饰,经风干后就制备出了具有超疏性能的不粘薄膜.试验中用接触角测量仪测得改性前清洁的铜基片对水、蓖麻油和丁羟胶的接触角分别为80°,25°和50°;相比而言,改性后的铜片对以上液滴的接触角分别为153°,137°和142°,用CB方程计算出改性后铜片表面细微结构中与液滴接触的空气膜所占的比例约为0.93.试验证明,不粘薄膜的超疏性能的实现是由微/纳米精细结构和低表面能的氟硅烷薄膜共同决定的.     

纳米SiO_2/改性丙烯酸树脂低表面能防污涂料

低表面能防污涂料是船舶涂料的一个重要分支。利用有机硅改性的丙烯酸树脂作为成膜物质,纳米SiO2为填料,制备了低表面能纳米复合防污涂料。考察了有机硅单体对改性丙烯酸树脂性能的影响,发现随着有机硅含量的增加,改性后的树脂粘度减小,水接触角增加。研究了氟硅烷改性纳米SiO2含量对涂层形貌和水接触角的影响。结果表明,添加少量的氟硅烷处理的纳米SiO2(1%和3%)可显著增大涂层的水接触角,提高涂层的防污性能。添加纳米SiO2浆的涂层的水接触角要高于添加接枝氟硅烷纳米SiO2的涂层,而后者要高于添加未接枝氟硅烷纳米SiO2的涂层。当纳米SiO2的添加量在1%和3%时,涂层的水接触角分别达到101.8°和103°。采用纳米浓缩浆工艺分散后的纳米SiO2可以使涂层的表面形成微米-纳米的特征形貌,从而实现防污的目的。     

光控亲/疏油可逆转换的硅钛复合微纳米结构涂层研究

以简便价廉的方法制备出一种新型氟试剂修饰的SiO2-TiO2复合微纳米结构涂层。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和油接触角测试等方法对涂层进行了表征和测试。研究结果显示,该涂层具备良好的UV光驱动亲/疏油可逆转换特性,最初为疏油性(90°),光照后变得相对亲油(24°),黑暗放置后恢复疏油性,且经5次反复循环无明显衰减。与单纯纳米TiO2涂层相比,复合涂层表面油浸润性的转变因微纳米结构的存在而显著强化,且随着SiO2微球直径的增大,其亲/疏油效果得到增强。以上研究为亲/疏油可逆转换智能材料的设计提供了新的方法和借鉴。     

微/纳米多孔低介电聚酰亚胺薄膜的研究进展

聚酰亚胺(PI)作为高性能聚合物,已成为5G通信的重要原材料之一。传统PI薄膜的介电常数处于3.0～3.4之间,随着电路集成度越来越高,已无法满足高速发展的微电子工业的要求,因此,开发综合性能优异的低介电PI薄膜已成为研究热点。向PI薄膜中引入微/纳米级的分散孔隙,可以有效降低介电常数,同时保留薄膜优异的综合性能。文中从物理和化学制备方法入手,综述了近年来国内外微/纳米多孔低介电PI薄膜(M/N-PLD-PI)的制备工艺,阐明了引入微/纳米级的分散孔隙对降低PI薄膜介电常数的贡献,并对多孔低介电PI薄膜的发展进行了展望。     

酒石酸掺杂微/纳米结构聚苯胺的制备及表征

以酒石酸为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,采用"无模板"自组装法合成了掺杂态聚苯胺微/纳米纤维。分析了酒石酸与苯胺的不同摩尔比对产物形貌、分子结构及电性能的影响。结果表明,酒石酸与苯胺摩尔比为1时,生成了长径比较大、有序性较好的聚苯胺微/纳米纤维,该比例下电导率达到9.355×10-2 S/cm。改变反应温度和反应时间,酒石酸在常温下自组装掺杂即可得到较高电导率的聚苯胺产物。傅里叶变换红外光谱、紫外可见光分光光度计、X射线衍射仪的表征结果证明,不同酒石酸与苯胺摩尔比下合成的聚苯胺微/纳米纤维均为掺杂态,且具有一定的导电性。     

亲/疏水纳米结构表面微通道内流体的流动行为

在毛细管微通道内壁沉积二氧化硅微球并加以亲/疏水改性,以此来构建亲/疏水纳米结构表面微通道,考察了一定粘度的羧甲基纤维素钠水溶液在光滑亲/疏水微通道和粗糙亲/疏水微通道中的流动行为。结果表明,保持压力恒定,光滑毛细管(基材)中的液体流量随着粘度和管长的增加而减小;粘度一定,压力增加,无论壁面光滑或粗糙,疏水管中的流量均大于亲水管,且粗糙管中疏水/亲水流量斜率比大于光滑管;在低压时亲水管流量大于疏水管,而高压时恰好相反。采用滑移理论和牛顿运动定律对上述现象进行了解释,本研究以期为合理地操控微通道内的流体流动提供有价值的指导。     

纳米TiO2薄膜表面微区分析的研究进展

在简要介绍纳米TiO2功能薄膜各种制备技术的基础上，着重对近年来研究TiO2薄膜及其复合薄膜采用的微区分析技术及应用研究进展进行了综述，并比较了各种微区分析技术的优缺点。     

微/纳米复合涂层的抗冲蚀磨损性能

为了修复在冲蚀磨损环境下流体机械的过流部件,在分析过流部件冲蚀磨损机理的基础上,优选微/纳米颗粒填料对有机复合弹性涂层的黏性底层和抗冲蚀橡胶层进行优化设计,模拟现场工况利用转盘式磨损实验装置对涂覆该涂层的试件以及另外四种不同表面处理方法的试件进行耐冲蚀磨损性能实验,并采用失重法和扫描电镜(SEM)对冲蚀磨损结果进行了分析和对比。结果表明:经过35h的冲蚀磨损后,所研究的五种不同表面处理方法处理后的试件在冲蚀磨损过程中的质量变化规律相同,微/纳米复合涂层具有最佳的耐冲蚀磨损性能,基本没有失重,而用胎体粉涂覆的试件耐冲蚀磨损性能最差,说明该涂层能有效修复过流部件并提高过流部件的抗冲蚀磨损能力。     

微纳结构叶状铜的水热制备条件研究

借助X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征,利用CuSO4·5H2O和NaOH为主要原料,考察了作为还原剂的多元醇种类、多元醇的量、水热反应温度、NaOH的量等条件对产物铜的形貌的影响.结果表明:在所研究范围内,要得到具有微纳结构的叶状铜的水热制备条件是:D-山梨醇作还原剂,醇与Cu2 的摩尔比不超过1/2,水热温度为180℃,NaOH的量不影响叶状铜的形成.     

在室温条件下制备高质量纳米结构TiN薄膜研究

在室温条件下,利用磁过滤等离子体在单晶硅和不锈钢表面上制备了性能优异的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和掠角入射X射线衍射仪对其结构与形貌进行了表征,利用纳米压痕仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果表明:TiN薄膜表面光滑,致密,无柱状晶;TiN晶粒的平均尺寸为50nm,薄膜硬度达50 GPa,是传统CVD和PVD技术沉积氮化钛的两倍多;XRD衍射试验表明,纳米TiN的衍射角都普遍向小角度移动,TiN晶粒沿(111)择优生长.     

疏水型纳米SiO2增透薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶技术,以正硅酸乙酯(TEOS)为有机醇盐前驱体,无水乙醇(EtOH)为溶剂,在碱催化体系中通过选择合适的原料的比例,制得碱性的增透膜,然后对所得的薄膜进行表面修饰,制得既有增透性质又有疏水性的增透膜,克服了增透膜防潮性能差的缺点.采用椭偏仪、傅立叶型红外分光光度计、UV-VIS-NIR分光光度计和接触角测试仪对膜的折射率、厚度、红外特性、透过光谱、接触角进行表征.     

生物医学诊疗用磁性微纳材料

磁性微气泡是由包膜微气泡和磁性纳米粒子组成的微纳复合结构,由于其具有超声对比剂和核磁共振对比剂的双重特性,已被应用于双模造影领域。声致穿孔现象（Sonoporation）使得磁性微气泡能介导多种生物学效应,使其在药物输运和基因转染等方面有潜在的应用价值,而磁性微气泡与各种生物分子（抗体、肿瘤标记物等）的偶联,又扩展了磁性微气泡的应用领域,可用于分子影像诊断和靶向治疗肿瘤等方面,可以说磁性微气泡是新一代的生物医学诊疗用磁性微纳材料。总结了磁性微气泡的制备方法,磁性纳米颗粒与微气泡的结合方式,磁性微气泡的功能扩展,以及磁性微气泡在生物医学诊疗领域的实验研究,最后对磁性微气泡在未来的发展方向提出了一些构想,展望了磁性微气泡在诊疗学上广阔的应用前景。     

聚合物基微纳米复合材料的制备及微型注塑加工研究

微型高分子功能器件具有独特优点,发展迅速,应用广泛,是当今科学技术的重要前沿,迫切需要发展高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,实现其微型注塑加工。介绍了近年来作者课题组在聚合物基微纳米复合材料制备及其微型注塑加工方面的研究进展:通过有机/无机杂化、固相剪切碾磨、纳米复合、分子复合及熔融共混技术等制备适合于微成型加工的高性能多功能聚合物基微纳米复合材料,如尼龙11/钛酸钡压电复合材料、聚乙烯醇/羟基磷灰石生物医用纳米复合材料、聚氨酯/碳纳米管导电复合材料等。解决了微纳米填料难分散、复合体系难加工的难题,实现了聚合物基微纳米功能复合材料的微型注塑加工,研究了其流变行为和充填行为,调控和优化了微型制品的结构与性能,为制备高性能多功能的聚合物微型器件提供了新材料、新技术和新理论。     

电流密度对微/纳结构电铸成型模芯质量的影响

利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics,模拟微/纳结构电铸过程中阴极表面的电场分布,研究不同电流密度下微/纳结构表面的电场分布及电铸层生长前沿情况。仿真结果表明:采用较低的初始电流密度,可有效改善微/纳结构生长前沿铸层厚度的均匀性。选用纳米光阑和纳米柱阵列2种微/纳结构母板进行电铸实验,将初始电流密度从4A/dm2调至1A/dm2,纳米光阑母板成型最大误差60nm降至±20nm之内。通过合理设置初始电流密度、增强阴极表面溶液流动强度等措施,纳米柱阵列模芯特征直径尺寸误差由6.27%下降至2.49%,有效提高电铸模芯的复制质量。     

低温分相法制备高比表面积微/介孔SiOC陶瓷

以含氢聚硅氧烷(PHMS)、四甲基四乙烯基环四硅氧烷(D₄ ^vi)和铂络合物为原料, 采用热交联合成交联体, 通过水蒸汽辅助热解促进前驱体低温分相及后续HF对SiOC陶瓷侵蚀基础上, 获得高比表面积微/介孔SiOC陶瓷。采用XRD、FT-IR、SEM和BET等测试技术对试样的物相组成、化学键、微观结构、比表面积和孔径分布等进行了表征。实验结果表明, 水蒸气能够促进前驱体低温分相, 使SiOC陶瓷中生成Si-O-Si键、SiO₂纳米畴和SiO₂纳米晶, 这些可以作为造孔剂而被HF侵蚀, 从而提高了SiOC陶瓷的比表面积。在热解温度1300℃条件下, 微/介孔SiOC陶瓷具有最大比表面积1845.5 m²/g, 孔径分布2.0~10 nm。