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4-2-3、接觸角量測分析 ( CA Meter)

我們利用 B. Bhushan 等人的研究【61】來推算表面接觸角的理 論值。將結構尺寸參數(直徑 D=70 nm、結構中心間距 P=105 nm、結 構長度H=100 nm)代入公式,可得到:

Wenzel :

Cassie : 

 

若以接觸角為 110°代入,可得 θwr = 122.3°,θcr = 159.2°。我們看 到所壓印出的奈米結構,經過理論推算能夠增進材料的疏水性,利用 Cassie-Baxter 理論推算可達 159.2°,然而 Wenzel 理論僅為 122.3°。

推測原因,我們所採用的AAO 模板上的奈米孔洞排列相當密集,因 此壓印出來的結構彼此排列也相當緊密,因此水滴不易滲入結構空 隙,因此各結構間空隙仍有許多殘存空氣而形成複合表面。

第五章 結論

在本論文中,我們將二胺基聚矽氧烷

(α,ω-aminopropylpolydimethylsiloxane,APPS)與氟矽烷 FAS-13 摻雜 進聚醯胺酸中,製成聚亞醯胺矽烷/FAS-13 混成薄膜。利用 FTIR 的 分析,經由熱閉環處理的聚亞醯胺矽烷/FAS-13 達到完全的亞醯胺 化,形成均勻的混成薄膜。

在 UV/Vis 分析圖譜中,我們合成三種不同系統的聚亞醯胺都呈 現出良好的光學透明度,而在添加APPS 之後則仍在可見光區域有 80%以上的穿透度;而 FAS-13 的加入則因會在材料內部進行縮合形 成相分離,一定程度上降低了光學透明度。

而在熱性質上,藉由 TGA 及 DSC 的分析我們可以得知,由於 APPS 的主鏈結構較柔軟,在摻雜進聚亞醯胺後會使得 Td及Tg下 降;而添加FAS-13 的試片,則因為 FAS-13 主鏈烷基與碳氟長鏈結 構,使得添加FAS-13 的材料 Td降低,而Tg也由於FAS-13 彼此交 聯,限制聚亞醯胺分子鏈活動空間而減少了其自由體積所致。

經由 ESCA 的分析,我們得知藉由 FAS-13 的添加,材料表面 F 1s 的比例大幅增加,並在C 1s 的 ESCA 能譜圖出現了 CF2官能基與CF3

官能基的訊號峰,顯示再添加FAS-13 後材料表面的化學環境獲得了

改變。利用 O 1s 的 ESCA 能譜圖,證實了 FAS-13 在材料內部的確會 互相交聯。而利用接觸角的量測,我們發現藉由APPS 及 FAS-13 的 添加,我們成功地提升了材料的疏水性,將聚亞醯胺從親水材料轉變 成疏水材料。也證實了在添加FAS-13 後,使得表面 F 1s 的相對比例 上升,對材料疏水性的提升是有助益的。考量到維持聚亞醯胺本身的 光學透明度,1 wt%的 APPS 與 FAAS-13 添加量應該是最適添加比例。

為了使聚亞醯胺矽烷/FAS-13 達到超疏水的效果,我們利用電化 學方法製成陽極氧化鋁模版,利用模版上的奈米孔洞對材料表面進行 壓印,並形成連續規則的奈米結構。經由SEM 與 AFM 的分析,我 們成功地在材料表面製成圓柱狀的奈米結構,而根據理論推導,我們 可將現有之聚亞醯胺矽烷/FAS-13 薄膜的疏水性提高到 150°以上,相 信經由改變模板孔洞尺寸參數,能使壓印出來的奈米結構擁有更高的 超疏水性與穩定性。

於上述分析我們得知,經由適當的製程,我們可以製作擁有良好 光學性質及熱性質之疏水材料,並且藉由壓印使其表面產生圓柱狀的 奈米結構,能將疏水性進一步提升。但材料本身仍有一些問題存在,

主要是FAS-13 的自我組裝問題,所產生的相分離影響了材料的光學 透明度,在之後的製程,可能會添加螯合劑來控制其縮合之程度,使

鋁板會與聚醯胺酸形成鍵結而影響其閉環之結果,並會使得模板黏著 在聚亞醯胺薄膜表面而難以取下,脫模問題可能會對已形成的表面結 構產生破壞性的影響。採用擁有更好脫模性的模板,以及改善壓印製 程,並使材料表面結構擁有更高的超疏水性,是我們未來可以努力的 方向。

第六章

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