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1、甘肃省教育厅科研项目申请书 项目所属学科： 化学 项 目 名 称：超疏水工程材料的制备与应用 申 请 者： 石彦龙 所 在 单 位： 河西学院化学化工学院 联 系 电 话： 15193467186 填 表 日 期： 2011.4.11 甘肃省教育厅制 二一一 年 四 月一、简表项目名 称超疏水工程材料的制备与应用申请金额6万元起止年月2012年1月至 2014 年10月申请者姓 名石彦龙性别男出生年月1979.12民 族汉职称讲师学位硕士学位授予单位西北师范大学研究生学院所在院系化学化工学院申请者电话15193467186所属研究基地河西学院培养研究生情况导师遴选时间： 年 月 在培研究生 人
2、项目组总人数高级中级初级参与博士生参与硕士生参与学士生72411主要成员姓 名年龄工作单位及职称项目中的分工签字杨武45西北师范大学化学化工学院（教授）实验方案的设计与指导王永生40河西学院化学化工学院（副教授）（）院（）实验指导敏世雄32河西学院化学化工学院（讲师）文献的搜集与整理宋海32河西学院化学化工学院（讲师）实验指导与样品测试冯晓娟30河西学院化学化工学院（讲师）电化学性质的测试刘建喜30兰州化学物理研究所样品的表征与测试研究内容和意义摘要用硅烷偶联剂、硫醇、线性低密度聚乙烯、硬脂酸、正硅酸四乙酯、正钛酸四乙酯、硝酸锌、乙酸锌为原料，用水热法、溶胶-凝胶法、化学刻蚀法，以锌片、铜片、
3、钛片、载玻片、棉纤维、纸为基底，制备超疏水表面，并论证以沙子、水泥为原料制备超疏水混凝土表面的可行性。就实验过程中会出现的薄膜机械稳定性差、环境适应性差等难题，查阅相关资料，通过表面聚合、表面改性接枝等方法，提高其机械强度和环境适应性，研究粗糙度对表面超疏水性的影响，并作定量的分析。探讨超疏水涂层在汽车的挡风玻璃、自清洁性的瓷砖、建筑物的保护、防腐蚀、超疏水性服饰与织物的制备、集雨节流等方面的应用。主题词超疏水、滚动角、润湿性二、立论依据包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，并附主要参考文献及出处。超疏水表面是指与水滴的接触角大于150而滚动角小于10的表面，许多动植物(如荷叶、水稻叶、蝉翼
4、和水黾腿) 的表面都具有超疏水和自清洁效应。研究发现，固体表面超疏水性是由固体表面的化学成分和微观几何结构共同决定的。超疏水性表面由于具有独特的性能表面，在建筑玻璃、汽车和飞机挡风玻璃、卫星天线等方面具有重要的应用前景，如果将该涂层涂于轮船、潜艇外壳，将大大降低运行时的阻力。制备超疏水表面通常有两种途径:一种是在具有低表面能的疏水性材料表面进行表面粗糙化处理;另一种是在粗糙表面修饰低表面能物质。目前，科学家已制备了具有多种响应性的智能超疏水纳米表面, 例如，光响应浸润性转变的光子晶体薄膜，热响应浸润性转变的智能表面、双(多)响应浸润性转变的超亲水/超疏水智能表面。粗糙表面的加工，所用方法有阳极
5、氧化法、等离子体刻蚀、等离子体聚合法、光刻蚀技术、化学气相沉积、模板法、相分离技术、水热法等，常用来修饰粗糙表面的低表面能材料有氟化烷基硅烷、氟聚合物等。主要参考文献：【1】Zai X. Jiang., Lin Geng., Yu D. Huang. J. Phys. Chem.C. 2010, 114, 9370【2】Feng L., Li S. H., Li Y. S. Adv. Mater, 2002, 14, 1857【3】Xu W G, Liu H Q, Xi J M, et al . Langmuir. 2008, 24, 10895【4】Kwun Lun Cho, Irving
6、I. Liaw, Alex H.-F. Wu, and Robert N. Lamb. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11228【5】Zai X. Jiang, Lin Geng, and Yu D. Huang. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9370【6】Nilmoni Ghosh, Arpan Bajoria, and Ashish Anant Vaidya. Applied Materials Interfaces. 2009, 1, 2636-2644【7】Darmanin, T.; Guittard, F. J. Mater. C
7、hem. 2009, 19,71307136.三、研究方案1、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题。 当前，虽然科学家已制备了具有多种响应性的智能超疏水表面, 但是，现有的超疏水表面制备技术通常由于加工设备昂贵、操作烦冗复杂、过程难以控制，所用原材料特殊，成本过高，表面易老化、微观结构脆弱、机械稳定性差而不利于超疏水界面的广泛应用， 本课题拟采用硅烷偶联剂、硫醇、线性低密度聚乙烯、硬脂酸、正硅酸四乙酯、正钛酸四乙酯、硝酸锌、乙酸锌为原料，用水热法、溶胶-凝胶法、化学刻蚀法，以锌片、铜片、钛片、载玻片、棉纤维、纸为基底，制备超疏水表面，并论证以沙子、水泥为原料的超疏水混凝土表面的可行性，并就实验
8、过程中会出现的薄膜机械稳定性差、环境适应性查等难题，查阅相关资料，通过表面聚合、表面改性接枝等方法，提高其机械强度和环境适应性，研究粗糙度对表面超疏水性的影响，并作定量的分析与探讨。探讨用低成本的原料、简单的制备过程制备环境稳定性高、具有多重响应性、多功能性，敏感性和机械稳定性好、环境适应性强的超疏水工程材料，以便为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的服务，还需要进行大量的研究。 2、拟采取的研究方法、实验方案及可行性分析。 通过溶胶凝胶法、水热法、溶液表面刻蚀法，以棉纤维，金属片、金属丝等普通材料为基底，通过表面改性、表面接枝等技术，制备机械强度高、稳定性好、环境适应性强的超疏水材料，尝
9、试用普通的工业化学原料长链烷基硅烷、长链烷基硫醇、线性低密度聚乙烯等低表面能材料代替昂贵的含氟硅烷，通过表面修饰制备超疏水材料。 探讨以水泥、沙子为原料，结合低表面能材料制备超疏水混凝土表面的可行性、探讨表面粗糙度对材料表面超疏水性能的影响。3、本项目的创新之处。 通过以普通棉纤维、纸张、金属为基底，制备方法简单的溶胶凝胶法、水热法、溶液刻蚀法加工制备粗糙的表面微纳米结构，通过价格相对低廉的工业产品硅烷偶联剂、长链烷基硫醇、线性低密度聚乙烯等低表面能材料，表面修饰制备超疏水表面。探讨尝试用水泥、沙子为原料，制备超疏水混凝土表面的可行性。尝试通过表面改性、接枝等技术以增强超疏水表面的机械强度、超
10、疏水表面的环境适应性和稳定性。 4. 年度研究计划及预测进展。（1）2012.1-2012.5，全面、详细搜集国内外最新相关研究成果，制备超疏水绵纤维和超疏水纸张。（2）2012.6-2013.8， 根据国内外的最新研究成果，结合自己已有的研究工作,尝试制备环境稳定性高、机械稳定性好、实用范围广的超疏水表面。并以科研论文形式反映相关研究成果。（3）2013.9-2014.10, 总结相关科研资料及研究成果，做好有关项目完成情况的汇报工作，争取申请专利一项，并顺利结题。5. 预期研究成果。 发表论文3-4篇，其中SCI收录期刊1-2篇，申请专利一项。四、研究基础1. 与本项目有关的研究工作或成果
11、。相关研究成果已经或将要发表在科学通报 ，无机化学学报，应用化学、 Journal of Sol-Gel Science and Technology等期刊上。1杨 武，石彦龙， 陈 淼，高锦章，线性低密度聚乙烯涂层修饰ZnO 亚微米棒膜的疏水性研究.科学通报.2007,52(7):766-7692石彦龙，冯晓娟，杨武，王永生. 超疏水二氧化钛薄膜的制备及其经紫外光照射引发的超亲水性研究.无机化学学报. 2010, 26(12):2209-2214.。3石彦龙,冯晓娟,杨武,王永生. 硅烷表面修饰引发的ZnO微米棒膜的超疏水性.应用化学，2011,28（04）:402-407.4SHI Yan
12、-Long, FENG Xiao-Juan,YANG Wu,WANG Fang,Han Yu-Qi.Preparation of Super-hydropbobic Titanium Oxide Film by Sol-Gel on Substrate of Common Filter Paper. Journal of Sol-Gel Science and Technology(清样)5石彦龙, 冯晓娟, 杨武, 王永生, 吴冬青. 黄斑大蚊的喜湿性及其翅膀、腿表面的超疏水性.科学通报(清样)6 Feng Xiao-juan, Shi Yan-long, Hu Zhong-ai PAN/P
13、SF Composite Films as Supports of PtRu Particles for Methanol Electro-Oxidation. Int. J. Electrochem. Sci., 2010,5:64-69 7 冯晓娟,石彦龙, 敏世雄,胡中爱. 铂-氧化铈/聚苯胺/聚砜复合膜电极的制备 及对甲醇的电催化氧化. 应用化学，2011,28（03）:302-307.2. 已具备的研究条件和优势。在过去的三年中，通过查阅相关文献，了解到国内外最新有关制备超疏水涂层的原料、方法、所用设备及制备过程，以此为基础，我们研究了以玻璃、金属、纸片、棉纤维为基底，通过溶胶-凝胶法、水热法、溶液浸泡刻蚀法、浸涂法制得粗糙的表面结构，用成本低、易得的工业产品，例如，线型低密度聚乙烯、硅烷偶联剂、硬脂酸等对粗糙的表面表面修饰后，研究了其表面的超疏水性。相比与其它方法，这些方法过程简单、造价低，实用性强。五、经费预算经费开支项目经 费 预 算 科 目金额（元）实验材料化学药品、自制拉膜机、自制滚动角测量仪40000调研、差旅车费500会议、学术交流会员费、注册费 500资料、版面费外文资料的查询、审稿费、版面费9000其他样品的表征、分析与测定，专利申请10000六、申请者所在学院审查意见申请者所在学院学术委员会的审查意见（是否符合学院学科发展方向）
