Создание и исследование супергидрофобных покрытий на поверхности полимерных электроизоляционных материалов

• Автор: Пашинин, Андрей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 241 с. : ил.

Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Влияние воздействия различных факторов окружающей среды на состояние поверхности и функциональные свойства электроизоляционных материалов.

1.2. Факторы, обеспечивающие супсргидрофобное состояние поверхности.

1.2.1. Угол смачивания и его связь с химической природой поверхности.

1.2.2. Влияние шероховатости на смачивание гидрофобных поверхностей.

1.3. Методы придания поверхности материала супергидрофобного состояния

1.4. Методы оценки гидрофобного состояния 1.5.Обзор исследований устойчивости функциональных свойств гидрофобных
покрытий.

Экспериментальная часть

2. Методики характеризации гидрофобных и электроизоляционных свойств исследуемых образцов.
2.1. Методика измерения углов смачивания и углов скатывания с помощью цифровой обработки видеоизображений сидящей капли тестовой жидкости на исследуемой поверхности.
2.2. Исследование зависимости краевого угла от контактного диаметра сидящей капли на различных поверхностях
2.3. Методика исследования состояния поверхности на основе измерения поверхностного удельного сопротивления
2.4. Методика оценки толщин смачивающихадсорбционных плнок на основе измерения удельного поверхностного сопротивления.
3. Изготовление гидрофобных и супергидрофобных покрытий.
3.1. Изготовление и сравнительные характеристики нетскстурированных
плнок различных гидрофобных агентов.
3.2. Изготовление супсргидрофобных текстурированных покрытий на основе фтороксисиланов и наночастиц наполнителя.
4. Исследование механизма взаимодействия гидрофобных и
супергидрофобных материалов с водными средами.
4.1. Исследование динамик смачивания гидрофобных и супергидрофобных материалов.
4.2 Исследование образования и роста смачивающихадсорбционных плнок на поверхности различных гидрофобных материалов.
4.3. Анализ долговременной устойчивости супергидрофобных свойств при непрерывном контакте с водными средами.
5. Исследование устойчивости функциональных свойств супергидрофобных покрытий в условиях различных агрессивных воздействий окружающей среды. .
5.1. Исследование, влияния, контакта, с органическими, растворителями на функциональные свойства супергидрофобных покрытий
5.2. Сравнительное исследование изменений свойств полимерных
электроизоляционных материалов с супергидрофобным покрытием и без покрытия при экспонировании в атмосферных условиях.
5.3. Исследование термостойкости супергидрофобных покрытий.
6. Супергидрофобные покрытия на основе ианотрубок нитрида бора механизм супергидрофобности и самовосстановление высокогидрофобных свойств.
6.1. Общая характеристика образцов и методик исследования
6.2. Анализ устойчивости супергидрофобного состояния покрытий из нанотрубок
6.3. Механизм снижения поверхностной энергии БННТ
Основные результаты и выводы Список использованной литературы Приложение
Введение


Необходимо отметить, однако, что определение режима смачивания, который будет термодинамически устойчив в рассматриваемой системе, упрощается, если учесть, что меньшему по величине из двух возможных углов,, венцелевскому или кассибакстеровскому, соответствует меньшая величина свободной энергии Гиббса, а, значит, и большая термодинамическая устойчивость . Для иллюстрации этого рассмотрим изменение косинуса эффективного угла смачивания на подложке с выступами в виде прямоугольных столбиков с увеличением 0о рис. Очевидно, что для такого рельефа при 0О условие 1. Значения углов, устанавливающихся в режиме гомогенного смачивания, рассчитывались по соотношению 1. Углы, соответствующие гетерогенному смачиванию и рассчитанные по соотношению 1. Для меньших углов Юнга термодинамически более устойчивым является режим гомогенного смачивания, а для больших гетерогенного. При сложных рельефах свободная энергия Гиббса системы может иметь несколько локальных минимумов в области определения 0 и разделенных энергетическими барьерами , . В таких случаях возможно установление в системе метастабильных состояний. При этом переход к более устойчивым состояниям при низких величинах барьера осуществляется спонтанно. Характерно, что наблюдаемые экспериментально метастабильные углы могут отличаться от соответствующих значений для устойчивого состояния на несколько десятков градусов, создавая иллюзию достижения супергидрофобного состояния. Более того, существование таких гидрофобных олеофобных метастабильных состояний, связанных с захватом воздуха в шероховатой структуре, согласно соотношению 1. Однако такая метастабильная гидрофобность носит временный характер и вряд ли может быть использована на практике изза вызываемого внешним возмущением перехода в устойчивый гомогенный режим смачивания с углом 0 в0 . Обратный переход от метастабильного гомогенного смачивания к устойчивому гетерогенному также наблюдался экспериментально в системах, где первичная капля формировалась конденсацией сильно пересыщенных паров на охлажденную гидрофобную подложку, структурированную столбиками . Задачи такого типа возникают при разработке материалов, работающих в условиях долговременного контакта с водой, например в подводных сооружениях, на корпусах кораблей и т. Особенности термодинамического рассмотрения перехода смачивания на подводных поверхностях состоят в том, что, с одной стороны, нет необходимости учитывать изменение энергии свободной не контактирующей с подложкой поверхности капли, вызванное изменением ее формы при переходе смачивания. С другой стороны, становится необходимым учет изменения потен пиал ьной энергии системы при замене пузырьков воздуха, захватываемых во впадины поверхности, на жидкость. Рис. II и V глубина погружения и объем впадины, при этом предполагается, что вертикальный размер пузырька
ДС ОуД V , СОБ 7д, А
много меньше глубины его погружения. Отрицательность значения Д7 обеспечивает термодинамическую устойчивость гетерогенного режима смачивания, в то время как для заполнения впадин жидкостью необходима положительность изменения свободной энергии при рассматриваемом переходе. При малости последнего члена в соотношении 1. С учетом того, что угол Юнга, как правило, не превышает 0, получаем, что устойчивый гетерогенный режим смачивания может наблюдаться лишь в системах, в которых несмоченная площадь поверхности, впадины заведомо превышает удвоенную площадь поверхности жидкость газ, давая преимущества рельефам с расширяющимися к дну впадинами. Напротив, поверхности с выступами, высоты которых существенно меньше расстояния между ними, будут обеспечивать гомогенный режим смачивания. Следует напомнить, однако, что здесь, как и в случае капли на поверхности, граница жидкостьгаз устанавливается внутри впадины в положении, удовлетворяющем условию 1. Из соотношения 1. Как было подчркнуто выше, за счет изменения химического состава материала либо при применении различных гидрофобизующих агентов на гладких поверхностях можно достичь краевых углов, не превышающих .