【摘 要】
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目前关于固体表面浸润性的工作已经有了比较系统的研究,但是对于气体在固体表面上的研究近年来才引起人们的广泛关注。现有文献所报道的这些水下超亲气或者超疏气的表面已经在很多方面都有潜在的应用,例如超亲气电极、超疏气电极、气泡的定向运输以及气体的收集等等。但是这些工作往往局限于控制单一表面浸润性的研究,能够实现智能调控的材料还很少。因此,在本论文中提出通过智能修饰和添加表面活性剂的方法,在固体表面上实现了
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目前关于固体表面浸润性的工作已经有了比较系统的研究,但是对于气体在固体表面上的研究近年来才引起人们的广泛关注。现有文献所报道的这些水下超亲气或者超疏气的表面已经在很多方面都有潜在的应用,例如超亲气电极、超疏气电极、气泡的定向运输以及气体的收集等等。但是这些工作往往局限于控制单一表面浸润性的研究,能够实现智能调控的材料还很少。因此,在本论文中提出通过智能修饰和添加表面活性剂的方法,在固体表面上实现了气体由超亲气到超疏气的可逆调控。具体的研究内容如下:首先利用电沉积的方法在光滑铜网上构筑微结构,通过SEM表征确定了最佳的电沉积时间为20 s,此时的铜网表面上的微结构比较均匀。接着用HS(CH2)9CH3和HS(CH2)10COOH的混合溶液对铜网进行修饰,在表面赋予了对pH具有响应性的羧基基团。通过研究发现当修饰的混合溶液中羧基摩尔分数为0.4时铜网表面具有最好的响应性。此时铜网在酸性水环境中是超亲气的,在碱性水环境中是超疏气的。同时所制备的铜网膜具有很好的稳定性,可以进行多次循环使用。基于这种表面的可控性,进一步展示了水下气体可控渗透的应用。其次利用同样的电沉积方法,在光滑铜网上构筑了微结构,通过氟硅烷的改性使表面变为超疏水。接着选取了双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)和十二烷基二甲基胺乙内脂(BS-12)这四种不同类型的表面活性剂,改变水环境进行气体在铜网表面的浸润调控。通过研究发现随着表面活性剂浓度的增加,在含有四种表面活性剂的溶液中铜网表面均可以实现超亲气到超疏气的调控。但是对于不同的表面活性剂,实现调控的临界浓度是不一样的。AOT在浓度为0.3mass%时就可以实现这种调控,其它三种表面活性剂则需要更大的浓度。这是因为不同表面活性剂对水溶液表面张力的影响不同,研究发现只有AOT可以诱导更低的表面张力。基于以上的研究分析结果,铜网表面微结构和液体表面张力的协同作用实现了气体在铜网表面的浸润调控。
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