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浸润性是材料重要的表面性质之一。在材料表面实现各种特殊的浸润性,如超疏液性或超亲液性,或者二者之间的可逆转换,不仅可以扩展材料的应用领域,同时对于深入了解材料的物理化学性质也有着重要意义。因此,如何根据目标要求有效的控制材料表面浸润性,已成为物理化学研究的重要内容。无机功能材料除具有优异的光电学性能以及良好的稳定性之外,在外界刺激(如光、电、磁等)下还具有优良的智能响应特性,这就为我们设计浸润性调控手段提供了新思路。
本论文以具有响应性的铟和锡的氧化物及氢氧化物材料为基础,采用水热及模板法制备了具有微米或纳米结构的化合物薄膜,通过薄膜结构进行控制,实现了薄膜表面的超疏水特性及光、气氛诱导的可逆浸润性开关性能,并对影响其表面浸润性的因素进行深入研究,揭示了引起薄膜特殊表面浸润性的内在机理。主要工作包括如下内容:
1.制备了具有可逆超疏水/超亲水转换特性的透明导电二氧化锡纳米棒阵列薄膜,研究了纳米棒阵列的形成机理以及引起薄膜特殊表面浸润性的内在因素,并通过对薄膜导电性及光学透明性进行研究,发现薄膜具有半导体的导电特性及较好的可见光透过率。
2.以聚苯乙烯光晶微球为模板制备了具有反蛋白石结构的二氧化锡薄膜,通过对薄膜进行氟硅烷自组装化学修饰,实现了薄膜的超疏水特性。研究了水滴在薄膜表面的静态及动态行为。该薄膜具有半导体的导电特性及较高的可见光透过率。
3.实现了氨响应氢氧化铟超疏水/超亲水可逆浸润性开关的低温制备。根据溶液中薄膜的成核及生长理论研究了薄膜结构的形成机理,并对引起薄膜可逆表面浸润性开关的内在因素进行分析,揭示了薄膜表面自由能的改变及其特殊的表面结构是引起其浸润性开关的根本原因。
4.结合氢氧化铟及氧化锡浸润性开关的制备,分别通过紫外光照射及氨气氛中保存实现了掺锡氢氧化铟(ITH)薄膜表面的双重响应超疏水/超亲水开关效应。结合晶体的非均相成核及生长理论对薄膜结构的形成机理进行了探讨,并对其表面浸润性进行深入研究。结果表明,薄膜材料的氨响应性及掺杂引起的紫外光响应性,以及薄膜表面的特殊结构是引起其特殊表面浸润性的本质原因。