钢铁表面超疏水膜的制备与表征

采用水热法结合氟硅烷修饰直接在钢铁表面制备超疏水膜。疏水膜的疏水性与钢铁基底的微纳米结构有重要关系。结果表明,以乙二胺为溶剂,经140℃水热反应4h和160℃水热反应5h,可以在钢铁表面制得具有次级网状结构的正八面体、花状等微纳米精细结构,再经氟硅烷修饰后表现出良好的超疏水性,与水滴的接触角分别达到156.49和165.31°。XRD的分析结果表明,该微纳米结构的主要成分是Fe3O4,它的形成一方面提供了制备超疏水表面所必须的微纳米精细结构,另一方面又为与氟硅烷发生反应生成牢固的薄膜创造了条件。电化学分析结果表明,超疏水膜层的存在显著降低了钢铁基底的腐蚀倾向。     

铝基超疏水表面的制备及其在包装方面的应用进展

在铝基体上构建具有特殊浸润性的超疏水表面,可以赋予其耐腐蚀、防覆冰、润滑减阻等功能,使其具有更大的应用价值和市场前景。制备铝基超疏水表面的方法主要有刻蚀法、阳极氧化法、沉积法、水热法等。化学刻蚀法、阳极氧化法和水热法等操作简单,应用范围广,但在制备过程中用到的强酸强碱等对环境和人体有害;激光刻蚀法等可以控制超疏水表面微观结构的形貌,但使用设备昂贵,难以大范围使用。为拓展超疏水表面的应用领域,开发简便方法制备多级微纳米粗糙结构、使用黏合层加固微观结构、构建自修复超疏水表面是未来的主要研究方向。     

“滴水不沾”的一品红

一品红叶面具有优异的超疏水性能,研究发现其表面分布有大量微米级的“人耳”状凹槽和纳米级的“星型”微凸起,这种微纳米级的复合阶层结构能使其表面吸附一层空气膜,液滴与其表面的接触是液、固、气的复合接触.此外,植物的表面有低表面能的蜡状物,微纳米级的复合阶层结构及其表面的低表面能物质的协同作用使其表面显示出优异的超疏水性能,该研究有望为仿生超疏水材料的制备提供有益的启发.     

纳米SiO2层层组装构建超疏水表面

采用500nm和20nm的SiO2粒子,通过表面改性使其分别具有氨基和环氧基,利用氨基和环氧基的反应使500nm和20nm的SiO2粒子形成复合粒子,制备了具有微纳米双尺寸粗糙度的超疏水表面。通过扫描电镜和接触角测量仪对超疏水表面的结构及性能进行了表征,发现其具有微纳米二级结构,测得其静态接触角达到156°,滚动角小于3°,并且能够承受240℃的高温而保持其超疏水性能,为超疏水表面的制备提供了一种新的方法。     

A3碳钢表面PDMS-SiO_2/PANI超疏水膜的制备及其防腐蚀性能

为了提高超疏水膜的使用寿命,通过改变聚二甲基硅氧烷修饰的二氧化硅(PDMS-SiO_2)纳米粒子的含量,用简单的提拉法在A3碳钢表面构建一层包含聚苯胺(PANI)、PDMS-SiO_2和环氧树脂的超疏水膜。通过扫描电镜(SEM)、红外光谱仪和接触角测量仪对其表面进行表征。PDMS-SiO_2纳米粒子不仅能够增加膜的表面粗糙度,而且能够降低膜的表面能,当PDMS-SiO_2含量达到25.0%时,所制备的膜具有超疏水性。采用电化学工作站对复合膜的防腐蚀性能进行研究,结果表明:与传统的聚苯胺环氧树脂涂层相比,采用PDMS-SiO_2/PANI构建的超疏水膜具有更好的防腐蚀效果。     

静电纺丝法制备聚苯乙烯超疏水纤维的研究进展

作为一种可制备超疏水表面的聚合物,聚苯乙烯受到了广泛关注,其潜在的应用范围包括燃料领域、光学领域、生物医学领域、金属防锈等。早期的研究主要集中在静电纺丝过程参数对纤维结构的影响,确认获得超疏水性能的必要条件,其中最基本的是纤维膜织物要存在微纳结构;然后是优化过程参数,尝试添加纳米粒子,在获得其他性能的同时,保持或进一步提高其疏水性能;如今对疏水膜的研究重点集中在实际应用方面,即增加其机械性能,以期能够具有更好的用途。     

基于多孔氧化铝腐蚀的表面结构制备及其疏水性能研究

先采用阳极氧化法在铝基板上制备了多孔氧化铝(AAO)膜,并以铝基AAO膜作为前驱物,采用化学腐蚀溶液分别制备出了具有纳米结构、微米结构和微纳复合结构表面的薄膜材料结构。利用扫描电子显微镜、荧光分光光度计和电子能量色散谱仪等测试手段分析了薄膜材料表面结构,并在薄膜表面涂覆低表面能物质氟硅烷薄膜研究这些表面结构的疏水性能。研究结果表明:通过控制化学腐蚀时间可以在铝基AAO膜表面分别获取纳米结构、微纳复合结构和微米结构;与未腐蚀的AAO膜表面相比,三种表面结构都有效提高了疏水薄膜表面的疏水性能;在NaOH溶液腐蚀16 min条件下,表面呈现微纳复合结构,具有超疏水性能,水的接触角达到155°。     

金属基体超疏水表面抗凝露抗结霜特性的研究进展

本文综述了近几年金属基体超疏水表面抗凝露抗结霜特性的研究进展。总结了金属基体超疏水表面抗凝露抗结霜特性的实验研究,指出微纳米复合结构和纳米结构超疏水表面都有抗凝露抗结霜性能,但两者性能优劣并无定论。关于超疏水表面抗凝露抗结霜的机理,部分研究者认为是超疏水表面凝结水形成有较大能量势垒,另一部分研究者认为纳米结构超疏水表面液体自迁移现象对其抗凝露抗结霜有重要的影响。目前,超疏水表面与空气换热的研究还不够充分,这方面的深入研究能够为超疏水表面应用到微通道换热器中提供理论基础。     

仿生超疏水棉织物的制备与表面分析

以荷叶表面微/纳米结构为参考模型,先用硅溶胶处理天然棉织物,再用N-β-氨乙基-γ-氨丙基聚二甲基硅氧烷(ASO-1)对其进行修饰,获得了微/纳米二元粗糙的超疏水织物,水滴在该织物表面接触角可达160.5°。场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察发现超疏水纤维表面存在大量均匀分布的纳米微凸体。接触角分析表明织物织造过程中形成的微米级粗糙度和ASO-1膜的存在是织物疏水的主要原因,纳米微凸体能减少纤维与水的接触面积,提高水在纤维表面的接触角,使织物由疏水转变为超疏水。最后用X射线光电子能谱仪(XPS)证实了纤维表面SiO2粒子和ASO-1膜的存在。     

超疏水膜的研究进展

近年来,由于超疏水膜表面在自清洁、微流体系统和特殊分离等方面的潜在应用,超疏水性膜的研究引起了极大的关注.本文着重讨论了超疏水膜的化学组成及物理结构、制备方法,并对超疏水膜的发展方向进行了展望.     

超疏水表面制备工艺的研究进展

根据荷叶效应形成的2个条件——表面微纳米结构和蜡状薄膜,总结了国内外制备超疏水表面的2种主要途径,即构建微纳米粗糙表面和修饰表面活性物质;分析了超疏水表面的2种模型,即卡西尔模型和文策尔模型,发现所制备的超疏水表面为卡西尔模型;展望了其研究趋势和应用前景。     

超疏水纳米氧化锌材料的研究进展

具有自清洁功能的超疏水表面在日常生活与工业生产中有着广泛的应用前景,而物质表面化学组成和微观几何结构是影响固体表面润湿性的两个重要因素。ZnO作为一种重要的半导体材料,在导电、导热、抗氧化及生物安全性方面有着广泛的应用。近几年,纳米ZnO由于其特殊的微观结构用于超疏水表面的制备,拓展了其在自清洁方面的应用。本文介绍了通过表面微观结构调控、低表面能物质改性制备超疏水纳米氧化锌的研究进展和应用现状。总结了目前制备超疏水纳米氧化锌材料存在的问题。     

疏水二氧化硅/聚苯乙烯超疏水复合涂层的简易制备及其防沾污性研究

采用喷枪及家用简易喷雾器在含有聚乙烯(PE)膜的纸张表面制备了含疏水二氧化硅纳米颗粒和聚苯乙烯的超疏水复合涂层。随着疏水二氧化硅纳米颗粒含量的增加,表面逐渐被二氧化硅颗粒覆盖,并且形成微纳米孔洞结构,达到超疏水性,并具有良好的耐粘附稳定性,水、牛奶和橙汁等液滴可从这些超疏水表面滚落而不残留,具有良好的防沾污能力。     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅱ)

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景。目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平。然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用。对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构,同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用。针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性。     

氧化锌超疏水薄膜的制备及其耐久性

为了提高氧化锌(ZnO)纳米疏水膜层在实际应用中的耐久性能,采用水热法在铝基底表面制备出微纳米结构的ZnO超疏水薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对所得ZnO薄膜的成分、微观结构及润湿性能进行分析;利用UMT摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦性能和机械疏水耐久度进行研究;并用CHI660E电化学工作站对超疏水试样在海水中的耐腐蚀性能进行测量分析。结果表明:制备的微纳米结构ZnO薄膜具有超疏水性,在未经低表面能物质改性的情况下,对水的静态接触角高达152°,滚动角仅为2°;摩擦磨损测试表明该薄膜在经过2 400磨损周期后仍能保持较高的静态接触角;电化学阻抗谱和Tafel曲线测试表明,该薄膜的确降低了铝在海水中的腐蚀速率,缓蚀率高达93.8%。     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅰ)

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景.目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平.然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用.对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构.同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用.针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性.     

微纳分级结构ZnO-氟碳树脂超疏水表面的制备研究

超疏水表面具有特殊的微纳分级结构和自清洁、防污染等优异性能,国内外对其有着广泛的研究和应用。利用硝酸锌和氢氧化钾共沉淀的方法制备出海胆型微-纳分级结构的氧化锌(ZnO)粒子,然后用氟碳树脂衍生物对其进行疏水化接枝改性,最终制备了超疏水表面。利用X射线衍射仪对制备的产物进行物相分析,利用扫描电镜和动/静态接触角分析仪表征ZnO的微观形貌及疏水表面的接触角。结果表明,微纳分级结构的ZnO粒子经氟碳树脂改性后具有优异的疏水性能,所制备的疏水表面的水静态接触角能够达到(156±1)°,接触角滞后低至3°。该方法简单易行,适合工业化生产。     

Al2O3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al₂O₃微滤膜表面制备TiO₂纳米涂层, 并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理, 获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪, 傅立叶变换红外光谱仪, 原子力显微镜, 水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO₂纳米涂层的晶型结构, 探讨了TiO₂沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系, 研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明: 在600℃退火1 h后, 获得锐钛矿结构的TiO₂纳米涂层。随TiO₂沉积时间的延长, 膜表面粗糙度增大, 水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态; 当TiO₂沉积时间为50?min, PFDS改性3次时, 获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌, 水接触角达到174.5°。     

表面微纳结构的特殊功能及制备方法研究进展

通过构建表面微纳结构和制备纳米涂层可使材料表面获得特殊功能。主要综述了表面微纳结构的特殊功能和制备表面微纳结构和纳米涂层的主要方法和加工技术。首先，介绍了表面微纳结构在超疏水、光学超透镜和减摩耐磨方面的应用；其次，分别阐述了光刻技术、激光加工技术、自组装技术、增材制造技术(3D打印)、沉积法和溶胶凝胶法等表面微纳结构和纳米涂层的加工方法的研究进展；最后，总结了表面微纳结构及纳米涂层的不同制备方法存在的问题和发展趋势。     

Ni3S2微纳米结构超疏水表面的制备及耐蚀性能

随着表面科学和仿生学的迅速发展,超疏水材料的制备和研究已成为当下研究的热点,其性能优异,具有十分广阔的应用前景。本工作采用水热反应法在泡沫镍基体上直接生长Ni_3S_2微纳米复合结构,经过十四酸修饰后获得性能优良的超疏水表面。实验探究了水热反应温度和反应时间对水滴在超疏水表面接触角的影响。研究发现,水热反应温度为180℃、反应时间为6 h的条件下获得的水热反应层表面的水滴接触角达到最大值160. 28°。采用扫描电子显微镜观察超疏水试样表面的微观结构,发现在基体表面生长了一层交错排列的锥状结构。利用X射线衍射仪和能谱仪对水热反应层表面进行物相及表面化学成分分析发现,与泡沫镍基体相比,水热反应层表面除了存在Ni相外还形成了新的Ni_3S_2相。对获得的超疏水试样进行性能测试,发现利用该方法制备的超疏水材料具有良好的耐酸碱性和耐电化学腐蚀特性。