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几种润湿性可控聚合离子液体薄膜的制备与表征

作　者: 张洁
导　师: 杨武；高锦章
学　校: 西北师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 表面引发聚合 自由基链转移反应 聚合离子液体膜 可控润湿性
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


表面润湿性是固体表面的重要特性之一，是由固体的表面自由能和表面粗糙度共同决定的。近年来，接触角大于150°的超疏水表面引起了人们的广泛关注，其构筑方法也已日渐成熟。而表面润湿性动态可控的可逆超疏水/超亲水性材料在自清洁材料，微流体装置，以及变焦镜头等方面具有巨大的应用潜能，引起了人们更大的兴趣。但是这种材料的设计研究才刚刚起步，寻求操作简便，膜稳定性高，可逆性好的可控润湿性材料，是一项具有挑战性的研究课题。表面引发聚合反应是一种实现材料表面改性的有效手段，通过表面引发聚合反应，将离子液体单元引入基底表面，再通过选择适当的对离子，即可实现材料表面润湿性的改变。本文利用表面自由基链转移反应，在单晶硅表面接枝了不同的聚合离子液体薄膜，并通过对离子的交换，实现了薄膜表面润湿性的可控转变。分别以1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物([AMIM]Cl)，1-烯丙基-3-丁基咪唑氯化物([ABIM]Cl)及烯丙基三苯基鏻氯化物(ATPP-Cl)三种离子液体作为实现聚合所需的单体。利用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)在羟基化的硅基底上自组装形成含有端巯基的自组装单分子层，然后以DMF为溶剂，偶氮二异丁腈为引发剂，研究了自由基链向巯基的链转移以及表面引发离子液体单体的聚合反应。制备出了三种分别由P[AMIM]Cl、P[ABIM]Cl、PATPP-Cl薄膜修饰的亲水性表面。用X射线光电子能谱仪分析了薄膜表面典型元素的化学状态，用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌，用椭圆偏光仪测量了薄膜的厚度，并用接触角仪对薄膜表面的静态水接触角进行了表征。结果表明，所得薄膜表面形貌规整，分布均匀。最后通过简单的对离子连续交换实现了薄膜表面润湿性的可控转变。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 第一章 绪论  10-32
  1.1 引言  10
  1.2 固体表面的润湿性  10-15
    1.2.1 表面自由能  11-12
    1.2.2 接触角与Young’s方程  12-13
    1.2.3 非理想固体表面润湿性的两种模型  13-15
  1.3 可控润湿性表面  15-20
    1.3.1 通过操纵表面微结构及表面化学组成实现润湿性的可控  15-16
    1.3.2 热响应性表面  16-17
    1.3.3 光响应性表面  17-18
    1.3.4 pH响应性表面  18
    1.3.5 溶剂响应性表面  18-19
    1.3.6 通过阴离子控制表面润湿性  19-20
  1.4 离子液体概述  20-22
    1.4.1 离子液体的定义  20
    1.4.2 离子液体的特点  20-21
    1.4.3 离子液体的发展历史  21-22
    1.4.4 离子液体的分类及命名  22
  1.5 表面引发聚合(surfaceinitiatedpolymerization，SIP)  22-24
  1.6 选题依据及主要研究内容  24-26
  参考文献  26-32
第二章 表面自由基链转移反应制备润湿性可控聚合离子液体薄膜  32-43
  2.1 实验部分  33-35
    2.1.1 实验材料与仪器  33-34
    2.1.2 硅片表面的羟基化  34
    2.1.3 端巯基自组装膜的制备  34
    2.1.4 表面引发聚合反应制备聚合[AMIM]Cl薄膜  34
    2.1.5 通过对离子交换改变聚合物薄膜的表面润湿性  34
    2.1.6 测试方法  34-35
  2.2 结果与讨论  35-39
    2.2.1 薄膜表面的XPS表征  35-37
    2.2.2 薄膜表面的微观形貌分析  37
    2.2.3 薄膜表面的润湿性及膜厚度表征  37-39
    2.2.4 聚合机理  39
  2.3 结论  39-41
  参考文献  41-43
第三章 通过自由基链转移反应在硅表面接枝聚合离子液体薄膜  43-53
  3.1 实验部分  44-46
    3.1.1 实验材料与仪器  44
    3.1.2 目标单体1-烯丙基-3-丁基咪唑氯化物[(ABIM)Cl]的合成  44-45
    3.1.3 硅片表面的羟基化  45
    3.1.4 端巯基自组装膜的制备  45
    3.1.5 表面引发聚合反应制备聚合[ABIM]Cl薄膜  45
    3.1.6 通过对离子交换改变聚合物薄膜的表面润湿性  45-46
    3.1.7 测试方法  46
  3.2 结果与讨论  46-50
    3.2.1 薄膜表面的XPS表征  46-47
    3.2.2 薄膜表面的微观形貌分析  47-48
    3.2.3 薄膜表面的润湿性及膜厚度表征  48-49
    3.2.4 引发机理  49-50
  3.3 结论  50-51
  参考文献  51-53
第四章 表面自由基链转移反应制备亲水/疏水可逆转换聚合离子液体薄膜  53-62
  4.1 实验部分  54-55
    4.1.1 实验材料与仪器  54
    4.1.2 硅片表面的羟基化  54
    4.1.3 端巯基自组装膜的制备  54-55
    4.1.4 表面引发聚合反应制备聚合ATPP-Cl薄膜  55
    4.1.5 通过对离子交换改变聚合物薄膜的表面润湿性  55
    4.1.6 测试方法  55
  4.2 结果与讨论  55-59
    4.2.1 薄膜表面的XPS表征  55-57
    4.2.2 薄膜表面的微观形貌分析  57
    4.2.3 薄膜表面的润湿性及膜厚度表征  57-59
    4.2.4 讨论  59
  4.3 结论  59-60
  参考文献  60-62
攻读硕士学位期间发表论文情况  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工业通用技术与设备 > 薄膜技术
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