改性纳米二氧化硅溶胶的制备及其在透明超疏水性涂层中的应用研究
发布时间：2025-06-23 23:09
根据仿生学原理,人们通过构造层状微-纳米结构的粗糙表面,或者调节化学成分降低表面能的形式,制造出各种各样的超疏水表面。水的接触角大于150°的表面称为超疏水表面。具有高透明性的透明超疏水表面是特殊的超疏水表面之一,它不仅可以用于汽车后视镜,飞机挡风玻璃和建筑幕墙玻璃,还可以用于太阳能电池板。由于其巨大的应用潜力,透明超疏水涂层成为近年来人们的研究热点。在本研究中,尝试在表面粗糙度和光学透过率之间取得合适的平衡点,探索如何在玻璃基底上制备透明超疏水性涂层的方法。纳米二氧化硅溶胶是一种表面存在大量羟基的纳米粒子,具有制备成本低廉,粒径及分布可控的特点。当二氧化硅粒子的粒径小于或接近可见光波长时,涂层表现出良好的可见光透过性。由于二氧化硅表面大量羟基的存在,可对其进行烷基化改性,得到小粒径的单分散改性纳米二氧化硅溶胶,可用于制备透明超疏水涂层。因此本文的主要研究内容如下:(1)以正硅酸乙酯作为水解前驱体,利用溶胶-凝胶法制备出不同粒径的纳米二氧化硅溶胶,再结合旋涂技术和紫外光固化技术,成功地在玻璃基底上制备了具有微-纳粗糙的三维立体结构的纳米二氧化硅涂层。针对其表面-OH的存在和孔隙度较大,疏...
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超疏水表面的基本理论
1.2.1 润湿性与静态接触角
1.2.2 动态接触角
1.3 超疏水表面的制备方法
1.3.1 浸涂法
1.3.2 溶胶-凝胶法
1.3.3 旋涂法
1.3.4 喷涂法
1.3.5 电化学沉积法
1.3.6 静电纺丝法
1.3.7 其他制备方法
1.4 超疏水表面的研究进展
1.4.1 可自修复的超疏水表面
1.4.2 透明的超疏水表面
1.4.3 抗腐蚀的超疏水表面
1.4.4 油水分离的超疏水表面
1.4.5 抗菌的超疏水表面
1.5 选题意义与课题思路
1.5.1 本研究的目的与意义
1.5.2 本研究的主要内容
1.5.3 本研究的创新之处
第二章 纳米二氧化硅溶胶的制备及结构表征
2.1 引言
2.2 实验原料与实验设备
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验仪器
2.3 实验步骤与实验原理
2.3.1 不同粒子尺寸二氧化硅溶胶的制备
2.3.2 紫外光固化纳米二氧化硅涂层的制备
2.3.3 纳米二氧化硅粉末的制备
2.4 实验表征方法
2.4.1 激光粒度分析
2.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
2.4.3 热失重分析(TGA)
2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
2.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
2.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
2.5 结果与讨论
2.5.1 反应条件对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.1.1 反应时间对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.1.2 氨水用量对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.2 纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
2.5.3 热失重(TG)分析
2.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
2.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
2.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
2.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
2.6 本章小结
第三章 改性纳米二氧化硅涂层的制备及性能影响的研究
3.1 引言
3.2 实验原料与实验设备
3.2.1 实验原料
3.2.2 实验仪器
3.3 实验步骤与实验原理
3.3.1 单分散纳米二氧化硅溶胶的制备
3.3.2 改性纳米二氧化硅溶胶的制备
3.3.3 紫外光固化改性纳米二氧化硅涂层的制备
3.3.4 改性纳米二氧化硅粉末的制备
3.4 实验表征方法
3.4.1 激光粒度分析
3.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
3.4.3 热失重分析(TGA)
3.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
3.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
3.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
3.5 结果与讨论
3.5.1 反应条件对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.1.1 反应时间对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.1.2 改性剂用量对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.2 改性纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
3.5.3 热失重(TG)分析
3.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
3.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
3.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
3.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
3.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
3.5.6.1 直接涂抹法样品的透明性
3.5.6.2 旋涂法样品的透明性
3.6 本章小结
第四章 多种改性纳米二氧化硅涂层的制备及性能影响的研究
4.1 引言
4.2 实验原料与实验设备
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验仪器
4.3 实验步骤与实验原理
4.3.1 单分散纳米二氧化硅溶胶的制备
4.3.2 不同改性纳米二氧化硅溶胶的制备
4.3.3 紫外光固化不同改性纳米二氧化硅涂层的制备
4.3.4 不同改性纳米二氧化硅粉末的制备
4.4 实验表征方法
4.4.1 激光粒度分析
4.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
4.4.3 热失重分析(TGA)
4.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
4.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
4.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
4.5 结果与讨论
4.5.1 改性剂种类对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
4.5.2 不同改性纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
4.5.3 热失重(TG)分析
4.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
4.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
4.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
4.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
4.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
4.5.6.1 直接涂抹法样品的透明性
4.5.6.2 旋涂法样品的透明性
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：4052133
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超疏水表面的基本理论
1.2.1 润湿性与静态接触角
1.2.2 动态接触角
1.3 超疏水表面的制备方法
1.3.1 浸涂法
1.3.2 溶胶-凝胶法
1.3.3 旋涂法
1.3.4 喷涂法
1.3.5 电化学沉积法
1.3.6 静电纺丝法
1.3.7 其他制备方法
1.4 超疏水表面的研究进展
1.4.1 可自修复的超疏水表面
1.4.2 透明的超疏水表面
1.4.3 抗腐蚀的超疏水表面
1.4.4 油水分离的超疏水表面
1.4.5 抗菌的超疏水表面
1.5 选题意义与课题思路
1.5.1 本研究的目的与意义
1.5.2 本研究的主要内容
1.5.3 本研究的创新之处
第二章 纳米二氧化硅溶胶的制备及结构表征
2.1 引言
2.2 实验原料与实验设备
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验仪器
2.3 实验步骤与实验原理
2.3.1 不同粒子尺寸二氧化硅溶胶的制备
2.3.2 紫外光固化纳米二氧化硅涂层的制备
2.3.3 纳米二氧化硅粉末的制备
2.4 实验表征方法
2.4.1 激光粒度分析
2.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
2.4.3 热失重分析(TGA)
2.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
2.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
2.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
2.5 结果与讨论
2.5.1 反应条件对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.1.1 反应时间对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.1.2 氨水用量对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
2.5.2 纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
2.5.3 热失重(TG)分析
2.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
2.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
2.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
2.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
2.6 本章小结
第三章 改性纳米二氧化硅涂层的制备及性能影响的研究
3.1 引言
3.2 实验原料与实验设备
3.2.1 实验原料
3.2.2 实验仪器
3.3 实验步骤与实验原理
3.3.1 单分散纳米二氧化硅溶胶的制备
3.3.2 改性纳米二氧化硅溶胶的制备
3.3.3 紫外光固化改性纳米二氧化硅涂层的制备
3.3.4 改性纳米二氧化硅粉末的制备
3.4 实验表征方法
3.4.1 激光粒度分析
3.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
3.4.3 热失重分析(TGA)
3.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
3.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
3.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
3.5 结果与讨论
3.5.1 反应条件对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.1.1 反应时间对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.1.2 改性剂用量对改性纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
3.5.2 改性纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
3.5.3 热失重(TG)分析
3.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
3.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
3.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
3.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
3.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
3.5.6.1 直接涂抹法样品的透明性
3.5.6.2 旋涂法样品的透明性
3.6 本章小结
第四章 多种改性纳米二氧化硅涂层的制备及性能影响的研究
4.1 引言
4.2 实验原料与实验设备
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验仪器
4.3 实验步骤与实验原理
4.3.1 单分散纳米二氧化硅溶胶的制备
4.3.2 不同改性纳米二氧化硅溶胶的制备
4.3.3 紫外光固化不同改性纳米二氧化硅涂层的制备
4.3.4 不同改性纳米二氧化硅粉末的制备
4.4 实验表征方法
4.4.1 激光粒度分析
4.4.2 傅里叶变换红外光图谱(FTIR)
4.4.3 热失重分析(TGA)
4.4.4 扫描电子显微镜(SEM)测试
4.4.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
4.4.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
4.5 结果与讨论
4.5.1 改性剂种类对纳米二氧化硅溶胶粒径的影响
4.5.2 不同改性纳米二氧化硅粉末的傅里叶变换红外光图谱(FTIR)分析
4.5.3 热失重(TG)分析
4.5.4 扫描电子显微镜(SEM)分析
4.5.5 静态接触角(CA)和滚动角(SA)测试
4.5.5.1 直接涂抹法样品的接触角测试
4.5.5.2 旋涂法样品的接触角测试
4.5.6 紫外-可见光(UV-vis)图谱
4.5.6.1 直接涂抹法样品的透明性
4.5.6.2 旋涂法样品的透明性
4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：4052133
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