复制模塑法制备超疏水表面及其应用

Two kinds of poly(dimethylsiloxane) (PDMS) rough surfaces with different geometries which were square pillars and parallel grating were designed and fabricated by replica molding (REM). Scanning electron microscope (SEM) images showed that the fabricated samples had high fidelity. The contact angles of water droplet on the PDMS square pillars surface and parallel grating surface were (154.6依0.7)° and (160.2依1.9)°, respectively, and the sliding angles were not larger than 6° and 3°, respectively, which attained to the standard of superhydrophobicity. The experimental result of blood platelets adhesion demonstrated that these two superhydrophobic PDMS rough surfaces had better blood compatibility than PDMS planar surface. The crazing and shedding of microstructures in the replica molding were also analyzed and discussed. All results showed that these superhydrophobic materials may be used in industrial and agricultural fields and bioengineering field.     

氨气腐蚀法制备黏附性能可控的超疏水铜表面

采用简单便捷的方法制备出了具有不同黏附性能的超疏水表面. 通过控制氨气对金属铜表面的腐蚀时间, 分别制备了具有微米球及微米棒状结构的表面. 利用低表面能氟硅烷(FAS)修饰后, 2种表面均表现出超疏水特性(接触角均大于150°), 然而其黏附性能却截然相反. 具有微球结构的表面呈现出高黏附特性, 而具有微米棒状结构的表面则显示出低黏附特性. 研究发现, 表面不同的微观结构导致了液滴在其表面上分别处于Cassie-impregnating wetting态及Cassie态, 从而呈现出了不同的黏附性能.     

超疏水低粘着铜表面制备及其防覆冰性能

用喷砂处理在铜片表面形成微米级丘陵状凹坑,再用表面氧化处理在铜片表面制备菊花花瓣状CuO纳米片.通过喷砂-表面氧化处理在铜片表面成功构建了微米-纳米复合结构,这种表面氟化后与水滴的接触角高达161°,滚动角低至1°,显示出优异的超疏水性和很低的粘着性.低温下,这种表面与水滴间的热量交换较小,水滴不易凝结,有效地提高了抗结霜性.抗结霜性良好的超疏水铜有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用,这种简便的超疏水铜表面的制备方法也给其它工程材料超疏水表面的工业化制备提供了一个思路.     

不同超疏水铜表面的湿法氧化制备及抗冷凝性能

分别以过硫酸钾、 过硫酸铵及氨水为氧化剂, 在铜表面制得纳米结构, 并用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)进一步氟化处理, 获得了差异化超疏水表面. 比较了不同氧化剂对反应结果的影响, 并分析了氧化反应的历程. 实验结果表明, Cu首先被O₂氧化成CuO超薄层, 然后水解变成Cu(OH)₂, 并进一步被OH^-或NH₄OH络合成蓝色溶液. 不同形貌纳米结构是Cu(OH)₂在饱和析出过程中沿固定晶面堆砌的结果. 最后对不同纳米结构超疏水表面的耐水蒸气冷凝情况及微观机理进行了分析, 证实只有较密、 较垂直的纳米针结构表面才耐水蒸气冷凝, 即冷凝水滴在其上出现快速自迁移现象.     

超疏水表面的制备方法

超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性,是目前功能材料研究的热点之一.其中超疏水表面的制备方法是研究的关键点.介绍和评述超疏水表面的制备方法,对该领域的发展方向进行了展望.     

CaCO_3颗粒模板法制备聚合物超亲水/超疏水表面

以碳酸钙(CaCO3)颗粒层为模板,运用简单的热压和酸蚀刻相结合的方法制备聚合物超亲水/超疏水表面.首先在玻璃基底上均匀铺撒一层CaCO3颗粒,以此作为模板,通过热压线性低密度聚乙烯(LLDPE)使CaCO3颗粒均匀镶嵌在聚合物表面,获得了超亲水性质;进一步经酸蚀得到了具有微米和亚微米多孔结构的表面,其水滴静态接触角(WCA)可达(152.7±0.8)°,滚动角小于3°,具备超疏水性质.表面浸润性能和耐水压冲击性能研究表明该超疏水表面具有良好的稳定性和持久性.用同样工艺微模塑/酸蚀刻其它疏水性聚合物,得到类似结果.     

分子自组装法制备具有可控浸润性的铜表面

通过简单浸泡的方法在铜基底上制备出了具有微纳米复合结构的氧化铜, 再利用混合硫醇溶液[含HS(CH₂)₉CH₃和 HS(CH₂)₁₁OH]对浸泡后的表面进行修饰, 通过控制溶液中HS(CH₂)₁₁OH的浓度, 制备出一系列具有不同浸润性的铜表面, 实现表面从超疏水到超亲水的有效调控. 研究发现, 表面浸润的可控性源于表面复合结构与不同化学组成的协同作用, 微纳米复合结构的存在为表面浸润性的调节提供了必要的条件.     

辉光放电电解等离子体处理制备铁基表面超疏水材料

利用辉光放电电解等离子体技术对铁基底表面进行活化,经硬脂酸修饰,得到铁基底超疏水性材料。 考察了放电电压、放电时间、Na2SO4浓度以及硬脂酸乙醇溶液浓度对铁基超疏水表面性能的影响。 用接触角仪、X射线光电子能谱、红外光谱和扫描电子显微镜测试技术对铁表面的浸润性、表面元素组成结构以及表面形貌进行了表征和分析。 结果表明,经修饰的铁基底表面具有良好的疏水性,其水接触角高达154°,滚动角小于5°,且具有良好的稳定性。     

静电喷涂法制备具有低吸附力的超疏水性聚苯乙烯膜

采用聚苯乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液为原料, 通过静电喷涂的方法制备了具有微-纳米复合结构的聚苯乙烯膜. 通过调节溶液浓度, 得到了不同的结构、浸润性及吸附性的表面. 当聚苯乙烯的质量分数为5%、分子量为25000时, 得到的表面与水的接触角达到167°, 吸附力达到15 μN, 表明该膜表面具有超疏水性的同时对水滴具有很低的吸附力. 此外, 分子量的大小也对静电喷涂膜表面形貌的变化起重要的作用.     

直接浸泡法构筑纯铜的超疏水表面

以棕榈酸-乙醇溶液为疏水剂,利用直接浸泡法在纯铜表面上构筑了超疏水薄膜。 纯铜表面超疏水薄膜的最佳制备条件为：0.03 mol/L棕榈酸-乙醇溶液,室温（20～22 ℃）,浸泡144 h。 通过扫描电子显微镜、接触角测量仪、红外光谱仪和高精密电子天平对超疏水表面进行了表征和分析。 实验结果表明,纯铜试样表面形成了100～200 μm大小的草状棕榈酸铜微簇,接触角达到了150°,其具有较好的抗结垢性能。     

可控阵列微纳结构超疏水铜表面冰霜传质特性

金属表面粗糙结构及其润湿性对其露、霜、冰的相变及传质现象有重要影响.通过电火花微加工和化学氧化法,本文首先实现了铜片表面微米、纳米阵列结构的可控制备.针对条纹,方柱和四棱锥三种典型微米结构特征,对比研究了单级粗糙结构和二级复合结构超疏水表面的润湿性、结露、结霜、结冰及其融化过程.微纳复合结构可有效增强超疏水性,减少霜晶形核和生长速度,同时还能大幅度延缓结冰的时间,多次冷热循环处理后,表面仍能保持较好的防霜抗冰性能.通过经典形核理论,Brown凝并,一维传热及传质理论,综合分析了冰霜在这种表面的传质特性.     

可控阵列微纳结构超疏水铜表面冰霜传质特性

金属表面粗糙结构及其润湿性对其露、霜、冰的相变及传质现象有重要影响. 通过电火花微加工和化学氧化法,本文首先实现了铜片表面微米、纳米阵列结构的可控制备. 针对条纹,方柱和四棱锥三种典型微米结构特征,对比研究了单级粗糙结构和二级复合结构超疏水表面的润湿性、结露、结霜、结冰及其融化过程. 微纳复合结构可有效增强超疏水性,减少霜晶形核和生长速度,同时还能大幅度延缓结冰的时间,多次冷热循环处理后,表面仍能保持较好的防霜抗冰性能. 通过经典形核理论,Brown 凝并,一维传热及传质理论,综合分析了冰霜在这种表面的传质特性.     

喷砂-阳极氧化-氟化处理构筑铝合金超疏水表面

为研究复合法制备超疏水表面过程中主要工艺参数对表面形貌及超疏水性能的影响, 开发了一种喷砂-阳极氧化复合方法, 在铝合金表面构筑了微米-纳米二级结构, 经氟化处理后获得了超疏水特性. 结果表明, 喷砂处理在铝合金表面通过冲蚀的凹坑构筑出微米结构, 阳极氧化则在铝合金表面通过蜂窝状氧化膜构筑纳米结构. 但单纯构筑粗糙结构或单纯改变表面化学组成均不能在铝合金表面获得超疏水特性. 单纯的微米结构或纳米结构, 即使有低表面能聚合物修饰也不能获得超疏水特性. 只有微米-纳米二级结构和低表面能聚合物的协同作用, 才能有效构筑铝合金超疏水表面. 这种铝合金与水滴接触时, 形成的气阱可减小固体表面与水滴的接触面积, 降低表面与水滴间的热量交换, 从而减缓水分子的凝结, 提高铝合金的抗霜冻性. 同时, 气阱还可有效减缓海水的腐蚀, 提高铝合金的耐海水腐蚀性.     

Fabrication of Superhydrophobic Surface with Different Metal Films on Aluminum Alloy

A simple technique was developed for the fabrication of a superhydrophobic surface on the aluminum alloy sheets. Different hierarchical structures(Ag, Co, Ni and Zn) were formed on the aluminum surface by the galvanic replacement reactions. After the chemical modification of them with fluorination, the wettability of the surfaces was changed from superhydrophilicity to superhydrophobicity. Scanning electron microscopy(SEM), energy dispersive spectrometry(EDS) and water contact angle measurement were performed to characterize the morphological characteristic, chemical composition and superhydrophobicity of the surfaces. The as-prepared superhydrophobic surfaces showed a water contact angle as high as ca.160° and sliding angle as low as ca.3°. We hope the method to produce superhydrophobic surface can be used in many fields.     

Fabrication of Superhydrophobic Aluminum Plate by Surface Etching and Fluorosilane Modification

Superhydrophobic aluminum surfaces with a high water contact angle and low sliding angle on aluminum plate substrate were fabricated by means of surface etching with sodium hydroxide under ultrasonic bathing and then modification with fluorosilane. Scanning electron microscopy(SEM) showed a honeycomb-like structure on aluminum substrate surface after etching under ultrasonic bathing. And the surface was rendered from superhydrophilicity to superhydrophobicity after further modification with fluorosilane.     

氧化铜纳米晶的合成及性能研究

通过水热方法,合成出CuO纳米片,类纳米花等纳米结构,X光衍射表明样品为单斜CuO,透射电镜和高分辨透射电镜表征了样品的形貌和尺寸,观察到CuO纳米晶是由小的晶粒聚集而成的多晶结构。同时讨论了实验中各实验参数在合成CuO纳米晶时所起的作用： KOH具有促进CuO结晶的作用;十六烷基三甲基溴化铵可以控制反应产物尺寸;柠檬酸钠能够影响纳米粒子的排布规则程度,从而进一步影响CuO纳米晶的形貌和尺寸。另外我们还研究了CuO纳米片的光学性能和氮气吸附性质。     

Superhydrophobic Micro/Nanostructured Copper Mesh with Self-Cleaning Property for E ective Oil/Water Separation

In this work, a simple method was carried out to successfully fabricate superoleophilic and superhydrophobic N-dodecyltrimethoxysilane@tungsten trioxide coated copper mesh. The as-fabricated copper mesh displayed prominent superoleophilicity and superhydrophobicity with a huge water contact angle about 154.39^° and oil contact angle near 0^°. Moreover, the coated copper mesh showed high separation efficiency approximately 99.3%, and huge water flux about 9962.3 L·h^-1·m^-2, which could be used to separate various organic solvents/water mixtures. Furthermore, the coated copper mesh showed favorable stability that the separation efficiency remained above 90% after 10 separation cycles. Benefiting from the excellent photocatalytic degradation ability of tungsten trioxide, the coated copper mesh possessed the self-cleaning capacity. Therefore, the mesh contaminated with lubricating oil could regain superhydrophobic property, and this property of self-cleaning permitted that the fabricated copper mesh could be repeatedly used for oil and water separation.     

液滴在超疏水形状记忆微阵列表面上定向/非定向滚动的可逆调控

利用3D打印、 模板赋形和表面修饰的方法, 制备出具有竖直结构的超疏水形状记忆微阵列. 该微阵列的竖直状态和倾斜状态能够基于形状记忆效应进行可逆调控. 当微阵列的结构发生改变, 液滴在表面的滚动状态也随之发生变化. 液滴在竖直的微阵列上表现出非定向滚动特征, 即液滴向微阵列两侧运动的滚动角是一致的. 在倾斜的微阵列上, 液滴则表现出定向运动的功能, 即液滴沿着微阵列倾斜方向上的滚动角要小于逆着阵列倾斜方向的滚动角. 因此, 本文通过调控微阵列形态实现了对液滴定向/非定向滚动的可逆调控.