可控浸润性表面的仿生构建及其晶格玻尔兹曼理论研究

模板合成是制备纳米结构的经典方法，但是受限于模板尺寸，这种方法不能大面积制备均一纳米结构，在实际应用中有很大局限性。本工作利用一种"滚模印刷"方法能够大面积快速制备具有柱状纳米结构的粗糙表面，使其在没有任何低表面能物质修饰时即可达到超疏水性；同时通过简单的调节模板的尺寸我们可以改变柱状纳米结构的大小，从而控制其表面超疏水性。本工作用晶格玻尔兹曼理论从微观模型和细观动力学方程出发，基于液滴与固体表面接触的三相线研究了液滴在纳米结构固体表面的浸润性质，旨在探讨纳米结构对浸润性质的影响规律，为制备大面积可控的超疏水纳米界面材料的研究提供新的理论及实践依据。

利用表面仿生结构的方法制备的疏水表面要在实用方面有所突破，除了满足超疏水表面制备的通用原则如大的粗糙度与本征接触角、小的固体表面百分比之外，必须通过简易实用方法制备出来，降低加工成本，增加使用寿命。本工作中我们首先利用多孔氧化铝滚模印刷法大面积制备仿生结构，该方法操作简单，无需去除模板，通过加热压印的方法在聚合物薄膜表面制备出仿生蝉翼表面的纳米柱状结构。调节氧化铝模板的孔径尺寸和采用不同的聚合物材料，我们可以得到不同聚合物纳的不同直径的米柱。模型化研究表明纳米柱的直径与纳米柱之间的距离是影响纳米柱表面疏水程度的重要因素。应用晶格玻尔兹曼法建立结构化表面的疏水模型，模拟其固液边界条件，研究表面纳米结构与浸润性关系。在自由能及自由能垒的热力学计算基础上，对点阵表面几何结构效应进行了系统的研究。利用模板涂覆法制备出高强度聚合物超疏水表面，提高了超疏水表面的使用服役行为，对其表面进行机械性能研究表明该超疏水表面具有良好的稳定性和持久性。使用火焰喷涂和真空冷喷涂法大面积制备出微纳米结构的氧化铝涂层和二氧化钛涂层，探索了基于喷涂法制备微米及阶层结构超疏水表面的新方法，为调控其表面形貌及润湿性提供依据。