基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。     

超疏水聚苯胺胶囊的一步可控合成及其对有机涂层防腐性能的影响

通过乳液聚合法,控制表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的添加量,一步合成了具有超疏水性质、空心球形貌的聚苯胺胶囊,该微纳米空腔结构可实现缓蚀剂等物质的包覆功能。结果表明,不同表面活性剂添加量下的产物形貌均为空心球状,并且可实现水接触角由67°提升到152°的超疏水。将超疏水胶囊掺入涂层,在3.5%NaCl溶液中浸泡14 d后,低频阻抗模值为2.69×10¹⁰,与添加亲水性聚苯胺的环氧树脂涂层及不添加填料的环氧树脂涂层相比,涂层电阻超过一个数量级以上。其原因为粉末的超疏水性,增大了腐蚀介质在涂层中扩散阻力,同时由于长链烷基的掺杂,改善了聚苯胺粉末在环氧树脂中的相容性,提高了涂层致密性及耐蚀性。     

基于多孔黏结层的超疏水复合涂层制备及其耐磨性研究

目的 提高超疏水涂层的耐磨性。方法 采用底面复合方法增强超疏水涂层的附着性和耐磨性，通过发泡剂在树脂底漆表面形成均匀孔隙结构，使喷涂于底漆表面的部分超疏水纳米颗粒嵌入孔隙中，通过硬化树脂的凸起结构有效保护超疏水纳米颗粒，从而提高涂层整体的耐磨性。在摩擦磨损试验机上开展橡胶磨损测试，综合评价涂层的耐磨性能，并通过扫描电子显微镜和同轴光学显微镜对涂层表面的原始形貌及磨损形貌进行分析，通过接触角测量仪对涂层磨损前后的表面润湿性进行测试。结果 当异构十六烷的质量分数为50%、预热温度为130℃、预热时间为100 s时，在底漆表面可形成较深且分布均匀的孔隙结构，基于该底漆制备的超疏水复合涂层的耐磨性相对更好。在30 N载荷下，优化涂层经橡胶磨损700次后，仍能保持较好的疏水性。结论 通过发泡剂对底面复合涂层进行改进，可有效提高超疏水纳米涂层与基底之间的黏结强度；底漆表面的孔隙结构有利于超疏水颗粒的嵌入，充分利用硬化树脂的凸起结构对嵌入的超疏水颗粒进行保护，可有效提高底面复合超疏水涂层的整体耐磨性。     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

自相似双层结构自修复超疏水涂层的制备及性能

目的 研究自修复超疏水复合涂层的制备工艺及自修复性能.方法 将环氧树脂、中性硅酮胶和疏水纳米SiO2混合制得涂料底层,纳米SiO2与无水乙醇混合得到涂料面层,采用两步浸涂法在载玻片表面制备出具有自修复功能的自相似双层超疏水涂层.利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和接触角测量仪,对复合涂层的微观形貌、分子结构和润湿...     

加工参数对AZ91D镁合金表面超疏水性能的影响

通过优化加工参数,在镁合金表面获得优良的超疏水性能。用激光刻蚀法获得微米结构,结合纳米涂覆技术制备微/纳米复合结构,再结合低表面能物质,制得超疏水表面。系统研究了加工参数对超疏水性能的影响。通过接触角和滚动角测试,评价镁合金表面的超疏水性,并通过扫描电子显微镜对复合结构表面形貌进行分析。采用涂覆法在激光加工后的基体上成功获得了超疏水改性层。加工参数对AZ91D镁合金超疏水性具有重要的影响。当采用点阵形貌,点阵间距50μm,加工电流为15 A,纳米分散液浓度15 g/L时,AZ91D超疏水表面的静态接触角达到最大值161.1°,滑动角为2.109°,超疏水性能达到最佳。     

喷射电沉积制备超疏水复合涂层及其耐腐蚀性能研究

采用两步法实现金属铜表面的超疏水化,首先采用喷射电沉积法在金属铜表面获得微纳米复合粗糙结构,然后利用0.03 mol/L的肉豆蔻酸-乙醇溶液疏水化改性得到超疏水复合涂层。利用接触角测量仪、SEM、XRD和FT-IR(傅里叶变换红外光谱仪)表征超疏水层的润湿性、微观形貌和化学成分。测试极化曲线,分析试样的耐腐蚀性。结果表明:当电流密度400 A/dm2、扫描速度14 mm/min和电解液流量1.6 L/min时可在预沉积层上制备得到具有微纳粗糙结构的镀层。经改性后获得超疏水表面,接触角达到154.7°。超疏水表面具有耐腐蚀性能,可为基体提供防护作用。     

防冰涂层材料及电力材料防覆冰应用的研究进展

防冰涂层材料可有效减轻自然界结冰现象的影响,其通过防冰材料低表面能或高润滑性的特点,降低在低温严寒天气条件下物体表面冰的粘附强度,延迟材料覆冰时间,减少表面覆冰量,在保护电力材料免受冰冻灾害影响方面有着重要应用价值.基于热喷涂法制备的复合型表面防冰涂层材料,以及主被动相结合的防覆冰方法,是未来电力材料防覆冰应用发展的重要方向.然而截止目前,有关复合型表面防冰涂层材料的热喷涂制备,以及涂层在电力材料防冰中应用的研究进展综述鲜见报道.从超疏水材料与光热、电热除冰相结合的除冰方式,及超疏水-超润滑复合材料实现防冰除冰的角度出发,对近年来国内外复合防冰涂层的制备及性能的研究进展进行了综述,并重点讨论了适合于热喷涂制备的复合型涂层的防冰除冰效果.最后,讨论了超疏水防冰涂层、复合型防冰涂层在电力材料表面防覆冰方面应用的研究进展,并对热喷涂法制备防冰涂层在的局限性问题进行了总结,对其应用前景进行了展望,希望在复合型防冰方面进一步开展研究,为电力材料表面防冰涂层的未来发展提供指导.     

超疏水涂料的制备及其防覆冰性能

基于室温硫化硅橡胶(RTV)技术,以端羟基聚硅氧烷(107 硅橡胶)为成膜树脂,添加纳米二氧化硅粒子,在室温下制备出超疏水涂层,对其表面形貌和疏水性进行了表征和分析。结果表明,涂层表面具有类似荷叶的微米-纳米双重结构,其水滴静态接触角可达165°,滚动角仅为3. 8°。通过覆冰试验发现,超疏水涂层在初期阶段降低了覆冰的增长速率,具有明显的防覆冰效果。     

超疏水结构对AZ91D镁合金微摩擦磨损性能的影响

目的 研究微/纳米复合超疏水结构的摩擦磨损机制,提高镁合金微摩擦磨损性能。方法 首先采用激光刻蚀获得微米结构,然后表面涂覆SiO2纳米颗粒,获得微/纳米复合结构,最后涂覆低表面能物质获得超疏水表面。用接触角测量仪测量超疏水表面的静态接触角,使用微摩擦磨损实验机分析超疏水表面的摩擦磨损性能,使用扫描电子显微镜观察表面磨痕形貌。结果 当载荷为1 N时,超疏水表面的摩擦系数约为0.04,基体表面约为0.06。随着载荷的增加,超疏水表面的摩擦系数逐渐与基体相近,并逐渐超过基体。随着时间的增加,超疏水表面的摩擦系数呈增加趋势,由0.04逐渐增加到0.08,基体试样没有明显的上升趋势。相同条件下,超疏水表面的磨痕宽度大于基体表面,但磨痕宽度的增大趋势小于基体表面。结论 微/纳米复合结构超疏水表面的摩擦磨损过程不同于光滑基体。超疏水表面的磨损首先发生于微/纳米凸起结构,之后发生于被微/纳米凸起填平的微米凹坑区,然后发生于激光加工热影响区表面,最后发生于镁合金基体。在所受载荷低于1~3 N时,超疏水表面微凸起结构能延缓超疏水表面摩擦磨损的发生,改善耐磨性能。     

超疏水表面服役稳定性的研究进展

目的 超疏水表面脆弱、耐久性差且难以修复等情况一直是超疏水涂层在实际应用过程中面临的最大挑战，通过总结和分析找到解决这一问题的方法。方法 本文对超疏水涂层可能遇到的破坏和对应的耐久性类型进行了系统分析和总结，针对每种耐久性类型分别归纳出多种测试方法并对每种测试方法对应的控制参数进行了详细阐述，对不同耐久性类型和测试方法也分别进行了详细的举例说明。结果 针对超疏水涂层耐久性差的问题，本文总结出两类提高表面耐久性的方法，分别是是提高超疏水涂层的机械稳定性和赋予涂层良好的自修复能力。提高涂层机械耐久性的方法包括构造多层次分层结构、提高涂层与基底的黏结能力、构建自相似超疏水表面，记忆建立“盔甲”结构等。自修复能力包括粗糙结构的自修复、低表面能物质的自修复、整体的自修复。结论 有了强机械稳定性，超疏水涂层在面对破坏时也有了更好的抵御能力。而具备良好的自修复能力，则可以保障涂层在被破坏后仍可以恢复至超疏水状态。此外，本文还对超疏水涂层的未来发展进行了展望，即找到一种满足各种耐久需求、低成本、适合大面积生产的超疏水表面制备方法。     

光催化型超疏水自清洁涂层研究现状

光催化型超疏水自清洁涂层是在超疏水涂层的基础上通过物理、化学方法复合光催化材料获得光催化性能，使涂层可以在光照作用下将有机附着物进行分解并通过超疏水表面达到自清洁的效果。本文对国内外光催化型超疏水自清洁涂层的构建方式进行总结，将其归纳为表面构造法、共混法、包覆法3类，构造方法的不同对涂层性能的影响方面也有所区别。与单一功能的超疏水涂层相比光催化型超疏水自清洁涂层更能解决实际应用中所面临的问题。此外，本文对光催化型超疏水自清洁涂层的相关性能进行了横向对比，对影响涂层性能较为关键的耐久性能进行了整体的整理分析，并归纳了目前研究当中的光催化型超疏水自清洁涂层的机械耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性和自愈性能，分析了其耐久性提升机制。最后，对光催化型超疏水自清洁涂层未来的应用前景进行了展望，建议从超疏水-光催化协同作用机制、基底结合强度提升、成本控制和复合涂层自修复等方面对光催化型超疏水自清洁涂层进行研究。     

防/疏冰涂料的机理及其发展趋势

防/疏冰涂料在冬季低温灾害以及极端冰冻天气所带来的损失面前显得尤为重要,因此解决表面结冰这一问题吸引了大量学者进行研究和讨论。将防/疏冰涂料的机理分为结构型和物理化学型,前者主要形式为在基材表面构建微纳米粗糙结构,后者主要形式为在涂料中添加可以通过自身的物理化学性质防止水滴滞留表面、延缓结冰或使冰易从表面脱落的材料。首先将结构型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,主要有Young方程、Wenzel方程和Cassie-Baxter方程,然后将现有文献中构建微纳米级粗糙结构的主要方法进行分类。其次,同样将物理化学型防/疏冰的微观机理按提出时间的进程进行总结,物理化学型防/疏冰材料主要有低表面能、光热、相变材料,研究中常将这2种防/疏冰机理结合使用以达到最佳效果。最后展望了防/疏冰涂料的发展趋势,在未来研发过程中,其稳定性、广泛适用性和经济实用性应被充分考虑,这三者并非完全独立,而是相辅相成,可以提升防/疏冰涂料应用的深度和广度,积极响应市场的需求。另外,制定统一的性能测试标准也将更好地助力防/疏冰涂料的研究。     

电泳沉积仿生“砖-泥”层状结构材料用于防腐蚀涂层的展望

受制于材料本身的性质,有机涂层在服役期间不可避免会遭受物理及化学腐蚀作用而使防护失效。贝壳珍珠层是一种天然的"砖-泥"层状结构的有机-无机复合材料,由于其特殊的层状结构,该材料展现出优异的力学性能和隔绝效果,引起人们对该材料的广泛研究。首先,对"砖-泥"层状结构的增韧机制、材料的仿生制备方法等方面的研究进展进行了回顾。其次,探讨了纳米复合涂层的研究现状,比较了仿生"砖-泥"涂层和传统复合涂层在结构及性能上的差异,结果表明,将"砖-泥"层状结构引入到涂层设计中,将充分发挥片状填料对力学性能和隔绝效果的增强作用,进而在提高涂层对物理和化学腐蚀破坏的抵抗的同时,增强涂层的防护性能。然后,在分析仿生"砖-泥"层状材料现有制备技术优缺点的基础上,探讨了利用电泳沉积技术制备仿生"砖-泥"层状涂层的可行性及其在防腐蚀中的应用前景。最后,介绍了利用电泳沉积构建"砖-泥"层状仿生涂层的研究内容及方案,研究结果将为构建长效防护涂层提供数据支持。     

耐久超疏水涂层的制备及其防冰防腐自清洁性能

超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等领域具有广阔的应用前景,然而目前仍无法大规模制备稳定的超疏水表面。提出一种操作简单、成本低廉的方法,在铝合金基材上通过一步喷涂法制备出耐磨超疏水涂层。首先在铝合金基体表面涂覆环氧树脂粘结层,待其达到半固化状态时,喷涂硬脂酸修饰的微米 SiO₂ 和纳米 TiO₂ 粒子混合悬浮液,固化后该涂层与水的接触角为~ 155.4°,滚动角为~3°,实现了超疏水性。试验结果表明,该超疏水涂层具有较好的耐磨耐久性,在胶带剥离、砂纸摩擦、 紫外光长时间照射以及不同 pH 液滴等多种测试条件下仍具有良好的超疏水性。此外,此超疏水涂层在极端寒冷的天气下可以显著延缓水的冻结时间。环氧树脂和疏水颗粒的协同防腐作用使超疏水涂层在海水中表现出良好的防腐蚀性能。所制备的超疏水涂层还具有优异的自清洁特性,且因 TiO₂ 粒子本身的光降解性能,该涂层还可用于光降解污染物和净化水质。这种简单、环保的超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等方面具有潜在的应用前景,可为克服传统超疏水表面使用耐久性差的问题提供解决思路。     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。     

One-step electrodeposition to fabricate robust superhydrophobic silver/graphene coatings with excellent stability

A facile method was proposed to prepare stretchable silver-based composite coatings with excellent conductivity and stability for flexible electronics. Silver coating was firstly deposited on thermoplastic polyurethane (TPU) elastomer rubber surface via two-component spraying technique, then the superhydrophobic surface was obtained by one-step electrodeposition of cerium compounds (CeM) and graphene nanosheets (GNS) to produce Ag/CeM/GNS composite coatings. The obtained Ag/CeM/GNS composite coatings maintained high conductivity after experiencing bending cycles and stretching cycles. Furthermore, the as-prepared Ag/CeM/GNS composite coatings showed excellent self-cleaning and anti-fouling properties, and the corrosion resistance has improved significantly compared to the original Ag coating. In addition, the Ag/CeM/GNS composite coatings could drive the circuit normally in the states of tensile, bending and twisting deformation, showing excellent mechanical stability and applicability. As a result, it is believed that the prepared Ag/CeM/GNS composite coatings with excellent conductivity and stability have promising applications for flexible electronics in harsh conditions.     

等离子喷涂典型耐磨涂层材料体系与性能现状研究

等离子喷涂作为重要的热喷涂技术之一,在零件表面强化处理与再制造损伤修复领域具有广泛的应用.由于不同机械零部件工作环境(温度、转速、腐蚀环境、润滑状况等)、基体材质及运动形式等因素存在较大的差异,因而通常需根据其具体服役工况选择最优的表面强化涂层,以满足零件表面摩擦学性能需求,提升机械装备的综合服役性能.基于此,对国内外采用等离子喷涂技术所制备的典型耐磨涂层的材料体系及涂层性能进行了详细地综述,系统介绍了组织成分、物相结构、力学性能、服役工况等因素对典型涂层(包括金属基涂层、陶瓷基涂层及多相复合涂层等)摩擦学性能的影响机理.结果表明,涂层的摩擦学性能受到涂层自身特性相关的内因(包括孔隙率、力学性能、组织成分等)和服役工况相关的外因(包括载荷、频率、润滑状态、工作介质等)的影响;典型金属基耐磨涂层包括Fe基、Ni基和Mo基涂层等,通过表面处理、后处理和工艺优化等手段,可显著改善涂层的摩擦学性能;采取不同的喷涂方式因颗粒熔化程度差异,使陶瓷基涂层产生不同的磨损程度;针对纳米、微米结构的陶瓷基涂层进行对比分析,发现纳米涂层通过吸收应力而降低磨损;复合涂层通过添加润滑相能够降低其摩擦因数、减轻涂层磨损,其中相较于单一润滑相,多组润滑相能通过发挥协同润滑效果,使涂层在不同温度区间下保持良好的耐磨性.最后,对等离子喷涂涂层耐磨性能的提升和优化方向进行了展望.     

电泳沉积制备TA有机复合涂层及其性能

目的通过便捷的共混方式在聚合物涂层中引入单宁酸(TA)锚定涂层,并改善涂层性能,提供新颖、简单的水性聚合物涂层固定及增强方法。方法通过简单的溶解分散方式将TA混入聚合物自组装成的纳米粒子分散液中,并采用阴极电泳在裸钛表面制备TA复合涂层。通过扫描电子显微镜对涂层形貌进行分析。通过超景深显微镜粗糙度测定、铅笔硬度测试、划格法附着力测试、浸泡法等,分别评价NP-TA_x复合涂层的厚度、粗糙度、硬度、附着力、耐久性等性质。最后通过防污测试评价TA复合对聚合物涂层防污性能的影响。结果成功合成了一种两性离子型水性聚合物PIDS,并自组装成纳米粒子,粒子呈球形形貌,粒径约184.8 nm。将纳米粒子与TA混合后,成功通过阴极电泳技术在钛表面制备复合涂层,通过调节沉积电压和时间可以获得不同厚度及表面微结构的涂层表面,涂层制备简便可控。制备NP-TA_x复合涂层后,TA提高了涂层的成膜性,涂层表面结构变得更为平整。NP-TA_x复合涂层的附着力由NP的2级增加到0级,硬度由NP的HB上升为1H,稳定性也大幅提升。通过防污测试表明,TA复合的两性离子涂层对蛋白质和细菌仍具有良好的防污效果,表明TA复合不会影响涂层现有性质。结论 TA与水性聚合物纳米粒子复合制备涂层,可大大提升聚合物涂层综合性能,是一种新颖、简单而且有效的水性聚合物涂层固定及增强途径。