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。     

AZ31镁合金Ni-P/NiO耐腐蚀超疏水表面的制备及其性能研究

通过化学镀镍、水热法和浸泡法在AZ31镁合金上制备出Ni-P/NiO超疏水表面。首先通过化学镀镍的方法,在镁合金表面形成了一个Ni-P隔离层,有效地阻止外界与镁合金基底的接触,然后在Ni-P之上构筑NiO粗糙结构并对其表面进行疏水修饰,进一步对镁合金基底进行保护。通过电化学阻抗分析得出,其阻抗模值可达1×10⁸ Ω·cm²,比未经处理的镁合金高出6个数量级,腐蚀电流密度降低到0.587 μA·cm^-2,表明制备出的Ni-P/NiO超疏水表面具有优良的耐腐蚀性能。     

超疏水铝合金表面的复合制备与性能

铝合金由于易被腐蚀的缺陷限制了其发展,研究表明表面超疏水化能有效地提升其耐腐蚀性能。 文中以铝合金作为基底材料,首先采用激光加工的方法制备微结构表面,然后采用氢氧化钠刻蚀制备超疏水表面。 利用扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪、X 射线能谱仪(EDS)、接触角测量仪和电化学工作站对样品表面微观形貌、化学元素组成、 润湿性能和耐腐蚀性能进行表征。 结果表明:激光功率为 30 W,氢氧化钠浓度为 0. 1 M,刻蚀时间为 6 min,该表面的接触角最高为 155. 1°,同时该超疏水表面具有双尺度分层结构,分别是光栅结构与更小一级的蜂窝状结构。 超疏水表面电化学测试表明,腐蚀电位发生左移,为-0. 635 V,自腐蚀电流密度变化更为明显,减小至 1. 68×10^-6 mA·cm^-2 。 该表面耐腐蚀性能显著增加。     

TC4钛合金超疏水表面/超润滑表面的制备及防冷凝性防冰性能研究

目的 为研究疏水表面与润滑表面的防冷凝及防冰机理,拓宽TC4钛合金在航空航天、医疗、化工石油、船舶制造等多个领域的应用。方法 采用阳极氧化法,在TC4表面构建了不同粗糙微结构,利用扫描电镜和原子力显微镜分别对表面形貌和粗糙度进行表征,对表面进行氟化和注油后,应用接触角测量仪测试表面的接触角、滚动角和滑动角,并在恒温恒湿箱内对氟化超疏水TC4表面和注油超润滑TC4表面的冷凝行为和结冰行为进行观测。结果 以HF溶液为电解液,10 V恒定电压下,在TC4表面制备得到了突触状微结构,20 V恒定电压下制备得到了排列有序的纳米管状结构。氟化改性后,纳米管状结构TC4表面接触角可达156.1°,滚动角为8°,表现为超疏水性。注油后的纳米管状超润滑TC4表面接触角为109.1°,滑动角为2°,表现为超润滑性。在冷凝测试中,超疏水表面出现了液滴自发滑移和自发跳跃行为。在结冰测试中,注油后的纳米管状超润滑TC4表面比其他测试样品表面具有最长的结冰延迟时间45s和最低冰黏附强度8.8 kPa。结论 超疏水TC4表面比其他测试样品表面具有更加优异的防冷凝性,进行注油润滑后,超润滑表面的防结冰性优于超疏水表面...     

2024铝合金超疏水表面的制备及其耐蚀性能

目的 在2024铝合金基体上制备超疏水表面,从而提高自清洁性能和耐腐蚀性能。方法 采用硫酸和草酸钛钾混合电解液阳极氧化,用月桂酸乙醇溶液修饰,在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱和光学接触角测量仪观察、分析超疏水表面形貌、化学结构和润湿性,用电化学交流阻抗和极化曲线测试研究超疏水表面在3.5%氯化钠中的耐蚀性。结果 20 V恒电位阳极氧化时间小于90 min时,随着时间的增加,接触角增大。铝合金在0.5 mol/L硫酸和0.01 mol/L草酸钛钾混合电解液中阳极氧化90 min,并在5%（质量分数）的月桂酸乙醇溶液中修饰1.5 h,能制备出最优的超疏水表面,接触角为157.99°。在3.5%氯化钠中浸泡14天后,超疏水铝的交流阻抗值高于空白铝4个数量级,Tafel极化曲线解析表明,保护效率为99.92%。结论 在低浓度硫酸中对铝阳极氧化,并用月桂酸修饰能够成功制备出超疏水表面。所得表面展现出良好的耐腐蚀性,并且耐孔蚀性能得到改善。     

碳钢表面防腐超疏水TiO_2/PDMS涂层的制备及性能

针对碳钢腐蚀电位相对更负、更容易发生腐蚀的特点,在Q235钢表面制备超疏水TiO_2/PDMS涂层以提高其耐蚀性能。采用表面活性剂分散纳米TiO_2并进行改性,然后与PDMS混合,用溶胶凝胶法在Q235钢表面制备有聚二甲基硅氧烷(PDMS)过渡层的TiO_2/PDMS超疏水涂层。借助扫描电镜(SEM)、接触角测量仪、红外光谱(FT-IR)及X射线衍射仪(XRD)表征其表面涂层的表面形貌、化学成分及疏水性能,用电化学试验和浸泡试验测试其防腐性。结果表明:TiO_2/PDMS涂层表面具有独特的微纳结构,与水的接触角达到154.3°;其腐蚀电位由碳钢的-0.77 mV正移至超疏水涂层的-0.24 mV,腐蚀电流密度则下降两个数量级,即从5.02×10~(-6)A·cm~(-2)下降至3.95×10~(-8)A·cm~(-2);超疏水涂层的交流阻抗值高于碳钢基底3个数量级。经过7 d的3.5wt.%NaCl溶液浸泡,超疏水涂层并未发生失重。制备的TiO_2/PDMS超疏水涂层具有超疏水效果和良好的长期耐腐蚀性。     

输电线路超疏水防覆冰涂层研究进展

输电线路覆冰严重威胁着电力系统的安全运行,各种防覆冰技术的研究开发是对输电线路正常运行的有力保障。防覆冰涂层能够主动抑制和缓解输电线路覆冰的形成和增长,尤其超疏水涂层可延迟水滴在涂层表面的冻结,从而实现防覆冰,具有广阔的应用前景。探讨了表面状态与覆冰现象以及覆冰粘结强度之间的关系,指出超疏水涂层的覆冰状态与普通表面具有较大差别,覆冰粘结强度明显低于普通表面。超疏水涂层实现防覆冰功能的影响因素包括表面化学成分、表面结构与环境因素,而通过简单工艺构建有效超疏水表面是超疏水涂层推广应用的关键。基于对超疏水表面防覆冰机理的分析,可知超疏水涂层具有巨大的防覆冰功能潜能,通过控制组织结构使其适应各种温度等环境因素是目前亟需解决的问题。     

MWCNTs光热相变超滑表面的制备及防/除冰性能研究

目的 制备光热相变超滑表面,并研究不同含量的多壁碳纳米管（MWCNTs）和固体石蜡对防冰/除冰性能的影响。方法 首先在纯Al表面刻蚀出微米结构,然后将MWCNTs、固体石蜡以及环氧树脂均匀混合后刮涂在处理后的Al基材表面,制备光热相变超滑表面,并对其润湿性、结冰/除冰性、机械稳定性以及自修复性进行表征。结果 通过扫描电镜对涂层截面表征发现MWCNTs已经完全均匀分布在涂层内部。当用波长为808 nm、功率密度为0.5 W/cm2的近红外光（NIR）照射涂层,表层的固体石蜡融化成液体后水滴滑动角可由40°下降到5°,表现出极佳的滑动性能。在–20℃时,与纯Al基底相比,相变超滑表面可将水滴的结冰时长从27s延长至239s,其冰黏附强度降也只有34.9k Pa。得益于MWCNTs优异的光热性能,在NIR照射下,表面温度迅速升高,可在92s内实现快速除冰。此外,涂层在100次的循环摩擦后依然保持极低的冰黏附强度,并在NIR照射下可实现快速自修复。结论 光热相变超滑表面相比于纯Al表面具有更加优异的防冰性,MWCNTs的加入,使表面具有快速除冰性。环氧树脂和固体石蜡则极大地提高了表面耐磨性以及...     

5A05铝合金表面超疏水结构的制备及耐腐蚀性研究

腐蚀失效是制约铝基金属构筑物应用与发展的瓶颈。作为一种稳定的功能性改良新技术,表面超疏水化为解决金属腐蚀问题提供了有效途径。本文以5A05铝合金为研究对象,提出一种简单低成本的制备方法,实现了超疏水/耐腐蚀表面的可控构筑。采用电火花线切割技术,开展基材表面微米级褶皱与纳米级凹坑结构的一步高效制备研究,并对结构改性后的润湿性和耐腐蚀性进行系统测量与表征。结果表明,改性后的表面水滴静态接触角高达152.7°,滚动角仅为7.1°,表现出优异的超疏水性。进一步的电化学测试结果表明,超疏水表面通过改变界面作用行为,减弱了固-气-液复合接触界面间腐蚀介质的作用行为与过程,对表面耐腐蚀性产生决定性影响。本研究为拓展铝合金的工程应用奠定了坚实基础,尤其在海洋工程领域显示出巨大的应用潜力。     

覆冰损伤后天然超疏水表面湿润性恢复机理研究

目的 针对目前缺乏超疏水表面损伤后的湿润性恢复机理,揭示覆冰损伤后天然超疏水表面湿润性的恢复机理,以期为制备自恢复超疏水表面提供理论依据。方法 将荷叶置于低温低压人工试验室中,在不同“覆冰–脱冰”循环损伤次数后,使用共聚焦显微镜分别测量样品的湿润性、粗糙度,分别评价荷叶植株在“覆冰–脱冰”损伤后的湿润性及表面粗糙度的恢复过程,根据恢复过程特征分析恢复机理。结果 经“覆冰–脱冰”循环处理后的样品,其静态接触角降至105.34°~123.07°,滚动角增至39.5°~70.2°,表面算术平均高度（Sa）降至3.123~2.624 μm,表面均方根高度（Sq）降至3.542~3.113 μm;对于“覆冰–脱冰”循环损伤1次的荷叶植株,在48 h后其静态接触角恢复到150°以上。滚动角在24 h后降至10°以下。经3次“覆冰–脱冰”循环（约72 h）后,静态接触角、滚动角恢复到初始值。经过5次“覆冰–脱冰”循环损伤后,荷叶无法完成恢复过程,部分恢复湿润性后逐渐枯萎。结论 荷叶表面的静态接触角和滚动角恢复过程由表皮细胞重新扩张、表皮蜡层恢复2个因素决定。植株存活且表面局部损伤后,其静态接触角和滚动角都完全恢复,静态接触角更依赖于植物细胞和表皮蜡层所形成的微观粗糙度,而滚动角更依赖于微观粗糙度之上的纳观粗糙度,即滚动角比静态接触角更依赖于纳观粗糙度的恢复。     

激光加工超疏水表面抗结冰性能研究进展

在低温环境中,表面结冰会严重影响户外装备的运行效率和安全,基于疏水材料的新型被动式防除冰方法引起了广泛关注。超疏水表面凭借其优越的拒水、抑制冰核形成和降低冰黏附强度等能力,在防除冰技术领域表现出广阔的应用前景。激光加工技术具有高效率和灵活性,成为制备超疏水表面的有效方法,并被进一步用来研究表面的抗结冰性能。首先,概述了固体表面润湿理论和结冰机理。其次,综合评估了激光加工超疏水表面的抗结冰性能,包括静态水滴延迟结冰时间、动态水滴累积、冰黏附强度、延迟结霜与抗冻能力、表面积冰与除冰等方面。静态水滴延迟结冰时间受到水滴与表面接触界面的成核速率和传热速率的影响,动态水滴累积与表面润湿性密切相关,冰黏附强度反映了表面对冰的附着性和除冰的难易程度。超疏水表面具有显著的延迟结冰能力,但在低温高湿条件下,表面的超疏水性可能会减弱,甚至失效。除冰过程也可能破坏超疏水表面的微观结构,进而影响其持续的抗结冰性能。最后,对超疏水表面激光加工与抗结冰性能的未来研究方向进行了展望。     

铜基超疏水表面制备方法的研究进展

铜及其合金因具有良好的热物理性能,在海洋工程、能源、航空航天、电子器件等领域有广泛的应用前景。制备铜基超疏水表面能够提高铜及其合金在各领域的应用性能,降低铜基金属的损耗,减少资源浪费。因此,超疏水表面在铜及其合金表面的制备和应用方面成为了研究热点。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。其次,基于制备铜基超疏水表面的2个条件(提高材料表面粗糙度以及降低材料表面能),详细综述了铜基超疏水表面制备方法的研究进展,讨论了自组装、刻蚀、电化学沉积、激光复合加工等方法在制备铜基超疏水表面时存在的优势和主要问题,分析了制备方法对铜基超疏水表面应用性能的影响,列举了铜基超疏水表面在自洁、耐腐蚀、油水分离等方面的应用。最后,指出了铜基超疏水表面未来的发展方向,即通过制备具有自修复功能的超疏水表面或通过改变材料表面微纳米结构,提高铜基超疏水表面的耐磨性和稳定性。除此之外,工艺简单、成本低的铜基超疏水表面制备方法仍具有广阔的应用前景。     

航空用超疏水7075铝合金的高效可控制备及防腐机理

采用简单、高效、低成本的刻蚀技术,实现了航空用超疏水7075铝合金的规模化可控制备。阻抗测试表明,制备得到的超疏水7075铝合金的电荷转移电阻增大,双层电容明显减小,耐腐蚀性能得到显著改善。该研究对开拓绿色航空时代、创新合金材料腐蚀防护新技术具有重要经济价值和现实意义。     

稳定超疏水镍基涂层的制备及其耐蚀性

目的 在金属表面制备稳定的超疏水镍基涂层,以提升金属的耐蚀性。方法 通过电沉积方法先后在金属表面获得具有微纳结构的多孔镀镍层和聚硅氧烷层。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱仪、接触角测定仪、电化学工作站等对涂层的形貌、成分、疏水性和耐蚀性进行表征。结果 乙二醇的添加能够促进电镀镍时阴极氢气的析出,当乙二醇的添加量为50.0～100.0mg/dm³时,形成了均匀相互连接的多孔镍镀层;在水解后的硅氧烷溶液中、-1.5 V电压下沉积3.0 min,可形成具有自清洁性能的超疏水膜层,其表面水接触角达到(159±1)°。在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中,涂层的腐蚀电流密度约为3.6×10^-8A/cm²,与未修饰的镍镀层相比降低了3个数量级;低频阻抗模值|Z|0.01Hz为2.0×10⁶Ω·cm²,与未修饰的镍镀层相比,提升了3个数量级;在磨损实验后,涂层的微纳米结构依旧存在,保持着超疏水能力,其腐蚀电流密度和|Z|0.01 Hz分别为5.3×10...     

耐用铝基超疏水涂层的机械稳定性及抗结冰性能

通过简单的一步喷涂法,以成膜树脂和疏水纳米粒子为材料,构建具有优异机械稳定性和抗结冰性的无氟耐用超疏水涂层（RSHC）。方法 以有机硅树脂（SI）和环氧树脂（EP）为成膜物质,掺入具有疏水性的SiO2复合尺度纳米粒子,采用一步喷涂法制备涂层。采用接触角测量仪等测量涂层的表面浸润性,通过线性摩擦实验、胶带剥离实验、射流冲击实验等测定涂层的机械稳定性,通过静态结冰实验、低温弹跳和冻雨实验等测定涂层的抗结冰性能。结果 制备的涂层表现出优异的超疏水性,其接触角为158°4°,滚动角为8°0.6°。当有机硅树脂、环氧树脂和SiO2纳米粒子的质量比为2.8∶1.2∶1时,涂层表面在具有良好疏水性的同时仍具有极佳的力学性能。线性摩擦实验结果表明,涂层具有良好的耐磨损性能,经过100次摩擦循环后,其表面水滴接触角仍可达到157°;胶带剥离实验结果表明,涂层与基底间具有坚实的附着力,在测试20次后其表面的水滴接触角仍保持大于150°;射流冲击实验结果表明,涂层具有一定的抗冲击性,在射流冲击30 min后涂层的表面接触角未明显减小。此外,覆盖涂层的基底具有优异的静态结冰延迟性能和动态防覆冰性能。在静态结冰实验中,涂层表面液滴的结冰时间延迟了约7倍;在低温弹跳和冻雨实验中,滴落的水滴能从表面完全弹起滚落,并且在低温冻雨环境中其表面可以保持无覆冰。结论 制备的耐用超疏水涂层具有良好的疏水性、机械稳定性和抗结冰性能,对耐用超疏水涂层的研究及实际应用具有一定的参考价值。     

AP2铝硅合金超疏水表面的制备和耐腐蚀性研究

目的 针对AP2铝硅合金中相组织结构种类较为丰富的特点,通过化学刻蚀的方法,构建出层次丰富、耐腐蚀性强的超疏水表面结构。方法 由于在不同刻蚀溶液中,所构建出的表面润湿性存在较大差距。因此采用正交设计的方法设计试验,找到最适宜的刻蚀浓度和反应时间。由于AP2铝硅合金中含量最多的Al与Si元素之间的固溶度低,NaOH溶液可以对主体α-Al相进行刻蚀,HCl溶液可以腐蚀Al、Cu、Mg、Si等元素形成的金属间相(IMPs)和共晶硅相,采用先碱后酸的刻蚀方法相比使用单一的刻蚀溶液推测能形成更丰富的触突结构。结果 在0.25 mol/L NaOH溶液和9 mol/L HCl溶液中分别刻蚀60 s,在2%(质量分数)十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)溶液表面改性的条件下,成功构建出了表面接触角为157°,滚动角为5.64°的超疏水表面。表面腐蚀电位由抛光后的−1.282 V提高到了超疏水表面制备完成后的–1.228 V,腐蚀速率由抛光后的1.07×10^–4 A/cm²降低到7.44×10^–5 A/cm²,耐腐蚀性显著提高。结论 制备的超疏水表面的耐腐蚀性有显著提高,为亚共晶铝硅合金材料在超疏水方向的应用提供了一定的参考。     

电沉积法制备Co–LDHM超疏水膜及性能研究

目的 采用电沉积法在不锈钢网上构筑稳定的钴层状双氢氧化物微球(Co–LDHM)超疏水薄膜。方法 首先,通过第1次电沉积在不锈钢网上制备出ZIFs纳米片阵列结构(ZIF–NFA),并以此为牺牲模板,然后在第2次电沉积作用下制备出微纳米尺寸的Co–LDHM,最后通过浸泡硅烷降低其表面能。通过溅射试验、耐磨性实验、油水分离实验及电化学试验,分别评价经超疏水改性后不锈钢网的抗污、耐摩擦、油水分离及耐蚀性能,并通过接触角,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对不锈钢网表面的疏水程度及膜表面的形貌与结构进行分析。结果 经两步电沉积处理后的不锈钢网表面类似浴球状,具有微米/纳米多级表面形貌结构;接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达到159.4°±2°;经过30个耐摩擦实验周期,其表面接触角为141.3°±2°,仍具有较高的疏水性;油水分离效率均大于97%,重复20次以上分离效率仍保持在96%,且具有一定耐蚀性能和良好的抗污性。结论 通过两步电沉积法构筑的Co-LDHM超疏水不锈钢网具有优异的超疏水性能,为MOFs在制备超疏水材料方面的应用提供了一个新的思路。     

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。     

铝表面超疏水复合涂层的制备及其表面性能

目的 通过在纯铝表面构筑超疏水涂层,优化金属铝表面,并强化其应用性能。方法 采用阳极氧化法在铝表面构筑具有纳米孔洞的Al2O3薄膜,再利用全氟癸基三乙氧基硅烷修饰表面,得到超疏水复合涂层,并研究氧化电位和表面修饰时间对纳米结构的构筑及疏水性能的影响,研究超疏水复合涂层表面润湿性、防污、自清洁和抗结冰性能。结果 控制阳极氧化条件,在氧化电位为16～18V、氧化时间为1h时,得到1～2μm的“花瓣”聚集叠加成的多级粗糙结构。通过6 h的表面修饰,得到了接触角为163.6°的超疏水性复合膜层。进一步对该超疏水膜层的性能进行分析发现,经超疏水膜层修饰后铝具有优异的防污性能;相较于纯铝,经超疏水膜层修饰后铝片的电化学阻抗模值高达105?·cm2,而电流密度仅为1.81×10-9 A/cm2;在高温和低温环境下,超疏水膜层均能保持超疏水性能;经砂纸来回打磨200 cm后,膜层的接触角仍大于150°。结论 经阳极氧化纯铝得到具有多级粗糙结构的阳极氧化膜,并通过表面修饰可制备接触角高达163.6°的超疏水性复合膜层。该超疏水复合涂层具有优异的耐腐蚀性、自清洁性、耐污染性,以及良好的耐蚀性、机械稳定性和...