玻璃表面疏水薄膜的制备与研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

玻璃是人们在户外使用比较频繁的一种非金属材料，通常具有高能、亲水的表面,在长期的使用中容易粘附有机物、水珠、雾珠等而污染玻璃表面,产生水珠或起雾现象。如若能在玻璃表面上实现超疏水性，使其具有自清洁能力，将大大降低人工清洗的成本和危险性。玻璃材料表面疏水有两种途径:一是在固体表面修饰低表面能的物质以降低其表面能；二是在固体表面构建微米级或纳米级粗糙结构形成超疏水表面。

近年来世界各国为了克服这些缺陷,开始了对疏水型功能玻璃的研究,日本旭硝子公司研制了一种疏水型汽车挡风玻璃,有效提高了玻璃的可见度，在为司机提供了舒适的驾驶环境的同时，保障了司机行车安全。加拿大oms公司利用在透镜上镀制疏水薄膜生产了疏水型光学透镜,使光学透镜表面保持清洁,防止了结雾现象,提高了透镜的使用价值。在建筑玻璃、防雾眼镜、浴室镜子等日常生活用品上,也普遍使用了疏水型镀膜玻璃的方法,得到了具有防水、防雾、自清洁、透光等优良性能的产品。中国是一个汽车大国和人口大国,研制玻璃表面疏水薄膜及其应用产品将会带来巨大的社会效益和经济效益,具有重要的理论与实际意义。

1946年zisman等在清洁的金属表面吸附了表面活性剂分子，从而制备了单分子膜，首次报道了自组装（self-assembly）现象。1980年sagiv对十八烷基三氯硅烷分子（octadecyltrichlorsilane,ots）在玻璃表面形成具有良好疏水性的自组装单分子膜（self-assembled monolayer,sam）的研究引起广泛关注。1996年tsukruk等人硅烷自组装膜进行了摩擦系数研究，测得在硅片上制备硅烷自组装膜可以将摩擦系数从0.5左右降至0.11。2000年徐国华用afm研究ots自组装单分子膜在玻璃表面形成过程。2008年陈淼等利用afm机械刻蚀技术在ots自组装单分子膜表面制备纳米图案及其力学性能研究等。有关自组装单分子膜的研究在迅速发展，分子自组装技术也逐渐在基础研究和工程领域获得广泛应用。

2. 研究的基本内容与方案

本研究主要涉及两个基本内容：

1、完成玻璃表面十八烷基三氯硅烷疏水性薄膜的制备

本实验探索浸没法制备玻璃表面ots疏水成膜过程，实验主要内容如下:首先是玻璃片的清洗，包括：依次完成在甲苯、丙酮和超纯水中超声清洗；在piran-ha溶液中处理；在氢氟酸和氟化氨混合溶液中腐蚀；在氨水和双氧水混合溶液以及盐酸和双氧水混合溶液中处理并清洗，最后进行氮气干燥。然后是溶液的配置:（1）改变镀膜时间：以无水甲苯（99.8%）为溶剂，在大气环境下配置100 ml，2×10^-3moll^-1的ots-甲苯溶液，搅拌均匀。将羟基化的玻璃片浸没于硅烷化反应液中反应一段时间(5min、10min、15min、20min、30min、40min、60 min)后，取出玻璃片，置于空气中5min，然后用甲苯清洗三次，除去残留在玻璃片上的溶液，氮气吹干；（2）改变溶液浓度：以无水甲笨（99.8%）为溶剂，在大气环境下配置100ml，（1~10）×10^-3moll^-1的ots-甲苯溶液，搅拌均匀。将羟基化的玻璃片浸没于硅烷化反应液中反应一定的时间，取出玻璃片，置于空气中5min，然后用甲苯清洗三次，除去残留在玻璃片上的溶液，氮气吹干。最后是玻璃表面镀膜及退火:将处理过的玻璃片放入上述配制好的反应液中,在n₂保护下,反应一定时间,然后依次用丙酮和四氯化碳清洗,再用高纯氮气吹干,最后将试样置于烘箱内,150℃处理1h后,用超纯水超声清洗2min,再用高纯氮气吹干,即完成自组装分子膜的制备。

3. 研究计划与安排

第1—2周：查阅相关文献资料，翻译英文文献。

第3—5周：整理资料，在任务书的基础上，设计研究方案，确定切实可行的实验技术路线，了解相关的结构、性能的测试方法；撰写开题报告，开题答辩。

第6—10周：完成玻璃表面十八烷基三氯硅烷疏水性薄膜的制备。

第11—13周：优化制备工艺，研究薄膜成分和疏水性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] hao p f,lv c j,niu f l, et al. water droplet impact on superhydrophobic surfa- ces with microstructures and hierarchical roughness[j]. science china(physics,me- chanics astronomy),2014,07:1376-1381.

[2] antonini c,amirfazli a,marengo m. drop impact and wettability:from hydrop- hilic to superhydrophobic surfaces [j]. phys fluid, 2012, 24: 102-104.

[3] xue y h,chu s g, lv p y, et al. importance of hierarchical structures in wetting stability on submersed superhydrophobic surfaces[j]. langmuir,2012,28:9440–945 0.

[4] 万军鹏. 玻璃表面镀膜方法简介[j]. 玻璃,2009,11:49-52.