QQ客服 官方微博 反馈留言

题名	火焰沉积法制备SiO2功能薄膜及其应用探索
作者	贾毅
学位类别	博士
答辩日期	2013-05-01
授予单位	中国科学院研究生院
导师	陈运法
关键词	火焰沉积法   功能薄膜制备   二氧化硅   超疏水   减反增透
其他题名	Flame Aerosol Depositing SiO2 Functional Films and Their Applications
学位专业	材料学
中文摘要	火焰合成法在纳米材料制备方面具有易于放大、环境友好（无水污染）、产品纯度高等优点，是当前批量生产纳微颗粒（SiO2、TiO2、Al2O3）的主要技术。高附加值的火焰沉积法功能薄膜制备技术的发展开拓了另一片巨大的潜在市场。本文以课题组前期SiO2纳米颗粒的火焰合成制备研究为基础，借助其对燃烧产物的调控手段，获得了三种状态（颗粒、气体或者气体-颗粒混合物）的SiO2沉积前体。结合对沉积过程工艺的优化，实现了从颗粒物热泳沉积到气相沉积，再到气相-颗粒混合沉积三种模式的可控转变。基于不同沉积模式下所得SiO2薄膜的特殊性质，本文针对润湿性、光学性能多种应用需求，优化了火焰沉积法在玻璃、金属等多种基底表面制备的纳米结构薄膜的形貌、结构与表面化学性质，获得了性能优异（自清洁，防雾，减反增透）的SiO2功能薄膜。此外，本文基于硼化合物特殊的物化性质，引入硼助剂作为外部调控手段，对薄膜性质尤其是薄膜结合力的优化做了有益的尝试。本文主要研究内容与结果包括： （1）颗粒物热泳沉积及其疏水性能。 在沉积前体含有颗粒物的模式下，以前驱物的供给形式与供给速率、沉积高度与沉积时间为主要调控参数，制备了具有仿生超疏水结构的SiO2颗粒组装薄膜。结合不同的表面修饰方法，在多种基底表面上制备了性能优异的超疏水薄膜。针对户外玻璃的超疏水自清洁应用，本文有效均衡了超疏水所需的粗糙结构与光透过性之间的矛盾，制备了高透明的超疏水薄膜（可见光透过率>90%，接触角160.1°，滚动角<2°）。另一方面，本文在低熔点的铝合金基底表面制备的超疏水薄膜。它能够有效隔绝腐蚀性离子，展现了良好的防腐蚀性能，具有巨大的应用潜力。 （2）气相沉积纳米线阵列薄膜及其性能 通过对前驱物浓度、前驱液溶剂、沉积高度与沉积时间的优化，实现了燃烧产物在火焰中不成核、长大，以气态沉积前体到达基底表面。在平板玻璃表面制备了紧密排布的SiO2纳米线阵列，拓展了火焰沉积法在一维纳米结构制备中的应用。纳米线薄膜的多孔结构和高表面羟基浓度赋予其优异的防雾性能。通过工艺优化可使SiO2纳米线阵列薄膜的结构具备亚波长尺度特性。该薄膜结构具有良好的减反增透效果：薄膜的可见光单面反射率由4.5%降到1.5%，透过率增加了约4%。火焰沉积法大面积制备和在线处理能力使其在展示橱窗、显示器件、光伏电池的减反增透方面应用广泛。 （3）火焰沉积法薄膜表面化学性质的原位调控及机理探索。 薄膜的表面化学性质是调控其润湿性的关键因素。基于课题组表面改性颗粒制备的研究，本文通过对惰性稀释气体、沉积高度与沉积时间等参数的优化，实现了SiO2薄膜超亲疏水性质的一步法可控转换。该方法简化超疏水薄膜的制备流程的同时，还具有装置简单、处理温度低的特点，适用于多种工程材料（耐热硅橡胶、陶瓷、玻璃、铝合金等），具有广泛地基底适用性和现场修复应用潜力。基于火焰温度场的实时在线表征和表面化学性质分析，本文提出了火焰分区反应理论，揭示了惰性稀释气体N2的冷却、防氧化、吹扫的关键作用，阐述了沉积参数与薄膜表面化学性质的关系。 （4）硼化合物助剂对薄膜性能的影响及机理探索。 薄膜结合力是其能否实际应用的重要考量因素。本文基于硼化合物的特殊物化性质，将其作为沉积助剂，以期实现对沉积薄膜形貌、结构和力学强度的调控。研究表明，硼化合物作为气相形核中心以及颗粒间扩散助剂，能够通过对气相反应和烧结过程的影响来调控膜层形貌，并有效提升了膜层的结合力，使火焰沉积法制备的薄膜更加贴近实际应用需求。 综上，本文主要调控了沉积薄膜形貌、结构、表面化学性质并优化了相关性能（超亲疏水性质、光学性能）。作为火焰沉积法薄膜制备的初步研究，通过以上工作，深入认识了该方法的调控手段和膜层特性。为该方法在催化模块制备、传导、气敏传感、光电极等功能性应用奠定了控制工艺基础、丰富了薄膜调控手段。
英文摘要	Flame aerosol synthesis provides high purity products accompanied by scalable, environment-friendly features. It has become the dominant technology for industrial production of nano/microparticles such as SiO2, TiO2 and Al2O3. The emerging high value-added flame-base functional film deposition technology exploits another massive market. In this study, base on the group’s early flame synthesis research, three deposition styles (particles, vapor and vapor-particle mixture) had been realized by modifying key parameters affecting the flame and precursor feature. Combining optimization on parameters like deposition time, deposition height and substrate state, the flame production that reach substrate could be transformed among particle aggregate, precursor fragment vapor and vapor/particle mixture. The film morphology, structure and surface chemistry property had been tuned for applications like self-cleaning, anti-fogging and anti-reflective. Furthermore, for the actual application of flame deposition, the film mechanical strength was increased by introducing boron compound as an additive.
语种	中文
公开日期	2014-05-23
页码	120
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/8288]
专题	过程工程研究所_研究所（批量导入）
推荐引用方式 GB/T 7714	贾毅. 火焰沉积法制备SiO2功能薄膜及其应用探索[D]. 中国科学院研究生院. 2013.

个性服务

查看访问统计

相关权益政策

暂无数据

收藏/分享

除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。