氣溶膠用于制備超疏水膜層的研究
氣溶膠是指任何物質(zhì)的固體微?;蛞后w微粒懸浮于氣體介質(zhì)中所形成的具有特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的整個(gè)分散體系。氣溶膠科學(xué)在工業(yè)衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)以及核工業(yè)的輻射防護(hù)等領(lǐng)域有著舉足輕重的作用,但將氣溶膠用于制備超疏水膜層的研究卻很少報(bào)道。AACVD采用黏度很低的溶膠,使膠體粒子在氣相條件下發(fā)生聚合反應(yīng),并在基材表面自組裝形成微觀粗糙結(jié)構(gòu),以獲得超疏水表面。AACVD法是基于常溫常壓CVD法開發(fā)的新方法,可在任何基材表面制得超疏水膜層。
Colin等采用AACVD技術(shù),將SYLGARD184硅烷彈性體沉積到基體表面,使表面獲得超疏水性能。其原理是:SYLGARD®184硅烷彈性體由兩部分組成∶彈性體和固化劑,將這兩種成分以10∶1的比例溶于氯仿中快速攪拌5 min,配成溶膠,將配制的溶膠以氣相導(dǎo)入反應(yīng)室,形成氣溶膠,隨著氯仿的揮發(fā),彈性體與固化劑在基體表面發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)和固化反應(yīng),形成熱阻性能優(yōu)良的聚合物。膜層疏水性與沉積溫度有關(guān),平均WCA和最大WCA均隨沉積溫度的升高而增大(見(jiàn)表1),SA隨沉積溫度的升高而減小。目前,利用AACVD技術(shù)已在多種基材上制備了超疏水涂層,獲得超疏水表面其最大WCA高達(dá)170°,SA低至1~2°。
Colin等還通過(guò)AACVD技術(shù)與常溫常壓CVD技術(shù)的結(jié)合,以酸催化正硅酸乙酯氣溶膠水解,形成SiO2微粒,沉積在玻片上,形成微觀粗糙的SiO2膜層,并用六甲基二硅烷進(jìn)行表面改性,獲得超疏水性能,WCA最高達(dá)180°,滾動(dòng)角小于1°。
Philip等采用中子反射技術(shù)研究了AACVD技術(shù)制備的超疏水涂層下基材的腐蝕進(jìn)展情況,其膜層厚度及分布見(jiàn)圖7a。圖7b為腐蝕產(chǎn)物層厚度隨浸泡時(shí)間的變化,隨著在5%NaCl D2O溶液中浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),超疏水膜層下的腐蝕產(chǎn)物緩慢增加,其基體腐蝕速率約為未施加保護(hù)的鋁腐蝕速率的十分之一。結(jié)果表明,超疏水膜層有效阻止了腐蝕介質(zhì)的滲入,顯著減緩了鋁合金基材的腐蝕。
圖7 超疏水膜層厚度及分布及鋁膜層厚度隨時(shí)間變化曲線
Ekrem等借助AACVD技術(shù)制備的超疏水抗菌鍍銅聚合物膜層的WCA超過(guò)150°,SA低至1°,對(duì)革蘭氏陰性菌、革蘭氏染色陽(yáng)性細(xì)菌、大腸桿菌和金黃色葡萄球菌等4種細(xì)菌具有優(yōu)異的殺滅效果 (如圖8),接種大腸桿菌15 min后,PDMS和氣相沉積制備PDMS表面細(xì)菌數(shù)量相對(duì)于玻璃表面略有降低或持平,但超疏水抗菌鍍銅聚合物膜層表面金黃色葡萄球菌數(shù)量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈指數(shù)型降低,15 min后即低至檢測(cè)極限;接種大腸桿菌1 h后,PDMS和氣相沉積制備PDMS表面細(xì)菌數(shù)量增加,但超疏水抗菌鍍銅聚合物膜層表面桿菌數(shù)量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低,1 h后即低至檢測(cè)極限。同時(shí),表面抗附著性能與表面的疏水性能密切相關(guān),疏水性越好,細(xì)菌的附著率越低。該抗菌超疏水膜層的成功制備,是AACVD技術(shù)在艦船船體等表面制備抗污、抗菌、防腐蝕超疏水膜層方面的有力探索。
圖8 不同樣品表面接種細(xì)菌, 細(xì)菌數(shù)量隨時(shí)間的變化
相較于常溫常壓CVD和PECVD,AACVD法具有成本低、工藝簡(jiǎn)單和無(wú)需復(fù)雜昂貴設(shè)備等優(yōu)點(diǎn),更具備工程化應(yīng)用的潛力。
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