激光刻蚀法制备超疏水自清洁铝合金表面

金属表面超疏水性能的研究是当今多学科研究的热点与难点,针对金属表面超疏水以及自清洁性能的研究现状,通过激光加工方法在粗糙铝合金表面构筑一种具备超疏水自清洁特性的网格状多级结构.采用扫描电子显微镜(S E M)、激光共聚焦显微镜(L S C M)以及光学接触角测量仪等表征试样表面的微观结构、三维形貌和润湿特性.结果表明:制备表面具有网格状多级结构,结构展现凹槽、坑、飞溅状或颗粒状的复杂形貌和复合尺度特征,表面具有优异的超疏水性能,接触角达到150.6°.同时自清洁性能测试发现超疏水铝合金表面展现良好的低黏附以及自清洁性能,这种复合性能对铝合金在脱附减阻等领域的应用研究提供一定的参考意义.     

一种酸刻蚀法制备铝合金超疏水表面薄膜

采用简单的化学刻蚀方法制备出铝合金基体上的超疏水表面,刻蚀后的铝合金薄膜表面经高锰酸钾溶液浸润氧化后,再通过具低表面能的硬脂酸修饰而具有了超疏水性能。通过对刻蚀后的铝合金表面进行扫描电镜分析可知,合金表面具有微纳米结构,该结构对超疏水性能的产生起关键作用。研究了不同酸刻蚀时间及刻蚀酸浓度对铝合金表面疏水效果的影响,并确定了酸刻蚀法制备超疏水铝合金表面的最佳制备条件。即先将样条以等体积的0.08 mol/L草酸与1 mol/L盐酸混合溶液刻蚀15 h,再用0.1 mol/L的高锰酸钾溶液浸泡1 h,最后以1%硬脂酸乙醇溶液浸泡30 min。此条件下,水滴与合金表面的接触角达166°。     

针头表面改性及穿刺阻力实验

基于非光滑表面减阻理论,采用化学刻蚀的方法在不锈钢针头上构建微观结构。利用光学视频测试仪和超景深三维扫描系统分别对试样表面的润湿性和微观结构进行了检测与表征。通过测量接触角和穿刺阻力试验研究其疏水性和减阻特性关系,并对其穿刺减阻机理进行了分析。试验结果表明：试样接触角越大,减阻效果越明显。研究其机理发现,化学刻蚀形成的微观结构增加了针头表面的疏水性能,降低了针头表面的摩擦系数,从而达到了减阻效果。因此,经化学刻蚀方法可以在一定程度上调控不锈钢针头表面的疏水性进而控制其减阻特性。     

铝合金基底上超疏水表面的制备及性能研究

为探究金属表面超疏水现象对材料功能的影响,利用简单、低成本的酸刻蚀加氟硅烷修饰的方法,在6061铝合金基底上成功制备出了超疏水表面,并对其润湿性能、自清洁性能、耐腐蚀性能进行了测试。结果表明,制备的表面具有良好超疏水性能,水滴最大接触角达158.5°,滚动角小于5°。自清洁实验证明了水滴可以轻松地带走表面的微小灰尘颗粒。电化学测试表明超疏水表面有效地阻挡了腐蚀介质与金属基体的接触,显著提高了金属的耐腐蚀性能,为金属材料防腐蚀提供了新的思路。     

硬质阳极氧化制备多孔疏水膜

采用硬质阳极氧化技术在铝合金表面制备了微米多孔多级复合结构氧化膜层,研究了多孔结构膜层疏水特性。通过电子显微镜和接触角测量仪分析发现,不同孔结构参数具有不同接触角疏水特性。当获得致密、更小尺度的多级微孔结构时,可以增加表面空气在三相界面中所占的比重,在不进行低能材料修饰情况下,使其表面静态水接触角增加,最大可达到130 o,该结果可以为阳极氧化工业应用提供一定实验参考。     

不锈钢网超疏水改性及在油水分离中的应用研究

通过对不锈钢网进行表面修饰改性使其转变为超疏水表面,从而实现含油废水的快速、高效油水分离。首先,以不锈钢网为基底利用壳聚糖和正硅酸乙酯(TEOS)为硅源制备的Si O2溶胶对不锈钢网进行表面涂层,然后用甲基三氯硅烷(MTCS)对修饰后的不锈钢网进行表面疏水改性,获得具有超疏水性能的不锈钢网。对制备的超疏水/亲油的不锈钢网材料表面形貌、静态接触角进行表征,并测试其油水分离效率。结果表明,不锈钢网材料具有很好的超疏水/亲油性能,水接触角测试均达到154.94°。利用该材料可很好地实现油水混合物的分离,对正癸烷/水混合物经过50次重复分离,分离效率仍能达到96.62%,并且对不同油品均呈现出良好的分离效果,展现出油水分离广阔的应用前景。     

盐酸沉淀法制备纳米SiO_2/粉煤灰微珠复合颗粒

以工业级粉煤灰微珠和模数为3.3的水玻璃溶液为原料,采用盐酸沉淀法,利用非均相形核沉积原理,在微米级粉煤灰颗粒表面包覆一层纳米SiO2颗粒.通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶转换红外线光谱仪等对包覆产物进行表征,制备得到了具有"核-壳"结构的微珠/SiO2复合结构颗粒,同时SiO2包覆层是以Si-O-Si键的形式结合于微珠表面并不断生长.对这种二级结构复合颗粒进行有机疏水改性,通过"涂敷法"构建超疏水性表面,表面平均接触角为152.4°,达到超疏水性能要求.     

白铜超疏水表面的构建及耐蚀性能的研究

超疏水膜具有良好的防腐蚀性能,能够有效地延长金属制品的使用寿命,提高经济效益.选取白铜作为研究对象,采用化学刻蚀氧化自组装法进行超疏水膜表面的制备.通过交流阻抗和极化曲线法,在模拟海水条件下,利用三电极体系对超疏水表面的耐蚀性能进行了研究和测定.结果表明,所制备的白铜超疏水表面的接触角达到了154°,在3.5%的NaCl溶液中的缓蚀效率有99.1%,具备较高的超疏水性能和耐蚀性能,且其表面具有微纳米级的树枝状结构.     

金属基超疏水表面的制备技术研究新进展

在简要介绍超疏水表面相关理论的基础上,着眼于金属基超疏水表面制备中关键技术的发展态势,重点分析了不同类型制备方法在制备工艺要点、微纳米拓扑结构设计与构建、低表面能材料修饰、表面性能提升效果等方面的研究进展,系统梳理了金属基超疏水表面在自清洁、金属防腐、水下减阻等领域的应用现状及影响其机械稳定性的关键要素,探讨了金属基超疏水表面制备技术在发展过程中需要面临的核心挑战和需注重解决的问题,希望为实现大面积金属基超疏水表面的工程化应用提供参考。     

多孔微球/纤维复合聚苯乙烯膜表面浸润性研究

采用静电喷涂法,通过调节PS/THF溶液的浓度制备了不同表面结构的PS膜,并通过场发射扫描电镜和静态接触角测定仪对膜表面结构及表面浸润性进行了研究。结果表明,PS/THF溶液的浓度是影响PS膜表面形貌的重要因素,而固体表面的化学组成和微观几何结构对固体表面浸润性起着重要的作用。在PS/THF溶液的质量分数为1%和10%条件下制得的PS膜表面,分别具有平滑和无孔微球与纤维复合的结构,表面接触角分别为96.2°和98.7°,具有疏水特性;而质量分数为5%时所制备的膜表面,具有多孔状的微米颗粒与纳米纤维相复合的粗糙结构,表面接触角高达153°,具有超疏水特性。此外溶剂的挥发性和极性也对表面形貌的变化也起着重要的作用。     

木质素基超疏水涂层的制备及其应用性能研究

超疏水涂层由于其广泛的应用前景,近年来备受关注.然而,利用天然聚合物制备超疏水材料和超疏水涂层仍然缺乏一种简单、经济的方法.本文通过取代反应制备了超疏水性木质素-PFTEOS粉体.由于该粉体与基体无关的特性和优异的超疏水性,可用于各种基体制备超疏水性涂层.所制备的涂层疏水性极强,水接触角最高可达169°,同时具有良好的...     

Thermal-induced transformation of wetting behaviors on laser-textured SiC surfaces

Thermal-induced transformation of wetting behaviors on laser-textured silicon carbide(SiC) surfaces was discussed in this work. To investigate the transformation, a quenching experiment was conducted and an X-ray diffractometer was used to measure the residual stress. The experimental results demonstrate that the significantly enhanced hydrophilicity was induced by the increasing thermal residual stress of SiC materials after the aqueous quenching. It was found that the decrease in the contact angle increased with the increasing quenching temperature. Quenching at 350°C led to the change of contact angle from 89.28° to 70.88° for the smooth surface, while from 72.25° to 33.75° for the laser-textured surface with depth 8 μm. Further, the surface hydrophobicity was enhanced by the release of thermal residual stress after quenching, thereby leading to an increase in the contact angle over time. The transformation of wetting behaviors on laser textured SiC surfaces can be achieved mutually by the aqueous quenching method.     

Stable biomimetic film on Fe3Al surface for corrosion resistance in seawater

Stable superhydrophobic n-tetradecanoic acid (CH₃(CH₂)₁₄COOH) film was prepared by means of sol-gel and self-assembly techniques, with a very high seawater contact angle (158°) and a small sliding angle (<5°). There are many microconvexities with binary structure uniformly distributed on the surface atop the film with an average diameter of about 80 nm by observation of scanning electron microscope (SEM), and the film surface structure is similar to that of lotus surface. The corrosion resistance behavior of intermetallic Fe₃Al with the biomimetic superhydrophobic film surface is improved obviously when compared with pure Fe₃Al sample by measurement of electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Supported by the Excellent Mid-youthful Scientist Encouraging Foundation of Shandong Province (Grant No. 2006BS04021) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50672090 and 50702053)     

无氟酯化修饰法对涤纶织物的超疏水整理

根据荷叶效应的机理,使用简单的化学刻蚀法,以氢氧化钠溶液作为刻蚀剂,在涤纶织物表面上构筑出具有微／纳米级双尺寸粗糙度的表面,以低表面能有机物十八烷酸乙醇溶液进行酯化修饰。重点研究刻蚀动力学条件如刻蚀浓度、刻蚀温度、刻蚀时间等因素对纤维表面粗糙度、减量率、强力的影响规律。依据“较为理想的粗糙面、酯化修饰较为理想的接触角、较好的自清洁性能、不损失力学性能”原则,优化了刻蚀剂浓度、温度和时间三个影响因素。通过对涤纶样的功能整理,制备了超疏水涤纶织物样,且通过一定次数的水洗,仍然具有良好的疏水性。     

多孔微球/纤维复合聚苯乙烯膜表面浸润性研究

采用静电喷涂法,通过调节PS/THF溶液的浓度制备了不同表面结构的PS膜,并通过场发射扫描电镜和静态接触角测定仪对膜表面结构及表面浸润性进行了研究。结果表明,PS/THF溶液的浓度是影响PS膜表面形貌的重要因素,而固体表面的化学组成和微观几何结构对固体表面浸润性起着重要的作用。在PS/THF溶液的质量分数为1%和10%条件下制得的PS膜表面,分别具有平滑和无孔微球与纤维复合的结构,表面接触角分别为96.2°和98.7°,具有疏水特性;而质量分数为5%时所制备的膜表面,具有多孔状的微米颗粒与纳米纤维相复合的粗糙结构,表面接触角高达153°,具有超疏水特性。此外溶剂的挥发性和极性也对表面形貌的变化也起着重要的作用。     

蝴蝶翅膀表面非光滑鳞片对润湿性的影响

对8科34属48种蝴蝶翅膀表面的润湿性进行了定性、定量研究。用扫描电子显微镜对蝴蝶翅膀表面进行观察得到:鳞片长为55~150μm,宽为35~105μm,鳞片上突起的高为200~950 nm。用视频光学接触角测量仪对翅膀表面的静态接触角和滚动角进行测量得到:接触角为134.0°~159.2°,表明翅膀表面具有较强的疏水性;顺向滚动角均小于3°,逆向滚动角均大于65°,表明翅膀鳞片结构具有明显的各向异性。蝴蝶翅膀表面的润湿性是由鳞片微米和纳米结构协同作用的结果。     

蜻蜓翅膀微观结构及其润湿性

利用视频光学接触角测量仪对6种蜻蜓翅膀表面的接触角进行了测量,发现蜻蜓翅膀具有疏水性能,接触角在135.14°~149.85°之间,其值与测量部位无关,与蜻蜓种类有关。用扫描电子显微镜对蜻蜓翅膀表面微观结构进行观测,发现蜻蜓翅膀上布满柱状纳米级结构形态,柱直径分布范围为66.90~200.73 nm,柱间距为20.00~650.00 nm,翅膜厚度为1.58~4.08μm。分析了蜻蜓翅膀表面疏水机理,研究表明:蜻蜓翅膀的疏水机理满足Cassie模型,其疏水性能主要由体表纳米级别的柱状结构与体表成分共同作用的结果。蜻蜓翅膀润湿性能的研究为微型飞行器及自清洁材料的制备提供了理论依据。     

Fabrication of Stable Superhydrophobic Cupric Hydroxide Surface with Hierarchical Structure on Copper Substrate

Cupric hydroxide films with a new hierarchical architecture consisting of beautiful nanotubes and nanoflowers were directly fabricated on copper substrate via a solution-immersion process at a constant temperature of 23?℃. Stable superhydrophobic Cu(OH)₂ surface was obtained after Cu(OH)₂ films were modified with hydrolyzed 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyltrichlorosilane (C₈H₄Cl₃F₁₃Si, FOTMS). The surface morphology and composition of the film were studied using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively. Result shows that the surface of Cu(OH)₂ films directly grown on copper substrate was hydrophilic, whereas the modified Cu(OH)₂ films exhibited the superhydrophobicity with a water contact angle (CA) of about 160.8°, as well as a small sliding angle (SA) of about 1°. The special hierarchical structure, along with the slow surface energy leads to the high superhydrophobicity of the surface.