电弧喷涂Zn-Al合金与硅氧烷自组装制备超疏水涂层

采用电弧喷涂技术在Q235钢板上制备了Zn-Al合金涂层,利用硅氧烷对其表面改性,得到具有超疏水特性的Zn-Al涂层。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光共聚焦蔡司光学仪、表面接触角仪(OCA20)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)研究了涂层表面形貌、疏水性能以及涂层材料与硅氧烷的结合机理。结果表明:当喷涂电压固定时,涂层表面的粗糙度随着送丝速度的增加先增大后减小;当送丝速度固定时,涂层表面的粗糙度随着电压的增大呈相同变化趋势。接触角随着Zn-Al涂层粗糙度的增加而增大,当粗糙度为12.457μm时接触角可增至151.06°,滚动角小于10°。自组装硅氧烷与涂层结合处理后表明结合机理是由硅氧烷水解后的羟基与基体的羟基通过脱水缩合而"生长"在Zn-Al涂层表面。     

基于激光烧蚀和水热法的超疏水表面制备

为了获得具有超疏水性的功能表面,以粗糙表面的石墨为基底,采用水热法使甲酰胺与锌片建立反应体系,产生具有超疏水性的氧化锌.采用扫描电子显微镜对其形貌进行表征,用接触角测量仪对其接触角进行测定.结果表明,在粗糙的石墨表面制备的氧化锌为球状结构,类似蒲公英,与水的接触角155°.球状结构的氧化锌可使粗糙的石墨表面产生超水性.     

金属钛表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能研究

采用热氧化法在工业纯Ti板表面构造微/纳双尺度粗糙结构,并利用自组装技术制备超疏水Ti表面(TO-FOTS),对其耐蚀性能进行研究。结果表明,TO-OTS对全p H值的腐蚀液均具有良好的超疏性,静态接触角为155°左右。同时,TO-OTS具有十分稳定的气/液/固三相界面,可以有效阻止氢氟酸对金属基底的侵蚀。     

超疏水仿生表面制造及其应用研究

本文采用等离子体反应气相沉积和飞秒激光技术分别对低表面能薄膜和方柱形微结构在钛合金上进行了制备,采用SEM对样品的表面形貌进行了表征,采用滴定角法对样品的疏水性能进行了评估,同时也对薄膜材料的力学性能进行了检测,获得了最佳工艺,并将上述两种技术复合,在钛合金上制备了仿生超疏水表面,检测结果表明：采用低表面能薄膜与微结构复合的方法,可以获得超疏水性能优异的钛合金表面,带有Cu薄膜的方柱形微结构水接触角可以达到156°,滚动角可达到8°。     

影响硅橡胶涂层疏水性的因素

目的寻找影响硅橡胶涂层疏水性的因素,并找到相应的提升改进方法。方法以液体硅橡胶为基体,通过燃烧橡胶条熏附、添加纳米SiO2粉末混合和喷洒纳米SiO2粉末附着这三种不同方式,来制备超疏水表面涂层。通过改变纳米粉末的加入方式、加入质量,研究疏水性的最佳条件。并通过光学显微镜测量静态接触角评价表面疏水性能,寻找影响其疏水性的因素。结果最佳的方法为熏烧的烟尘附于液体硅橡胶涂层表面,大多数试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达159°,平均值150°,静态接触角提高40°以上;次之为均匀喷洒纳米SiO2粉末,部分试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高为145°,平均值135.5°,静态接触角提高30°~40°;简单搅拌混合的提升效果最差,没有试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达124°,平均值108.5°,静态接触角只提高5°~15°。结论构建超疏水涂层的关键在于能否成功构建出微纳米的二级微观结构,简单的物理混合、搅拌会使纳米粉末被覆盖掉,无法表现出其特性。涂层的疏水能力与接触周围的实际微观长度有关。     

基于激光加工和自组装技术改性处理铝镁合金的表面润湿性

为制备具有更高机械强度和更长使用寿命的超疏水金属表面,利用激光加工技术在铝镁合金表面构建出圆台凸起、圆台凹坑和正四棱台3种微结构。利用自组装技术在具有以上3种微结构的铝镁合金表面沉积自组装分子膜(SAMs),采用扫描电镜、形貌分析仪和接触角测量仪对成膜后的铝镁合金表面进行形貌和接触角的表征与测量。结果表明:沉积疏水的FDTS和OTS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而减小,随微结构高度的增大而增大,最大接触角达156°,形成超疏水铝镁合金表面;沉积亲水的APS自组装分子膜时,接触角随微结构间距的增大而增大,随微结构高度的增大而减小,最小接触角接近0°,形成超亲水铝镁合金表面;激光加工和自组装技术可以大幅度改变铝镁合金的表面润湿性。     

超疏水自清洁涂层防结冰技术的研究进展

仿生超疏水自清洁涂层是表面工程领域的前沿课题,在电力、通信等领域防结/覆冰雪方面显示出重要的工程应用前景。文中主要围绕"工程适用性",在总结国内外典型"多步法"制备超疏水表面的发展历程及局限性基础上,重点介绍了新发展的"一步法"的优势及研究进展,并论述了超疏水涂层在工程应用性能方面的研究成果。进一步结合自然低温结冰环境,对比分析了国内外结冰测试方法的优点与不足,探讨了超疏水表面结冰/脱冰行为的理论及应用研究的最新进展,简要介绍了超疏水涂层防结冰工程示范的新成果,并展望了其于工程防结冰领域面临的挑战以及未来发展方向。     

基于微胶囊技术的超疏水自修复涂层研究进展

超疏水涂层在自清洁、防腐蚀、抗凝冰、减阻等领域具有广阔的应用前景,但其耐久性还有待提高。由于微胶囊在修复剂的封装、制备等方面具备独特优势,利用微胶囊技术将修复剂封装,均匀分散于超疏水涂层后,涂层可同时具有疏水性和自修复性,但目前对微胶囊技术与超疏水涂层结合并进行归纳总结的文献较少。总结了微胶囊技术在超疏水材料自修复领域的研究现状,归纳了微胶囊超疏水涂层自修复的修复机理与常用制备方法,对不同刺激响应方式下微胶囊超疏水涂层的性能(响应速度、自修复效果、耐久性、耐磨性)进行对比。结果表明,以紫外光照射为修复手段的涂层机械耐久性较好,近红光刺激响应是微胶囊超疏水自修复涂层中响应修复效率最快、修复效果最好的修复方式,并且以紫外光和近红光双重刺激响应的超疏水涂层的耐久性、耐化学腐蚀性远超过单一刺激响应型超疏水自修复涂层。最后,提出当前基于微胶囊技术的超疏水自修复涂层存在的问题并对该涂层的应用前景进行展望。     

表面膜对点阵结构Ti6Al4V表面超疏水特性的影响

采用激光加工在Ti6Al4V试样表面加工不同间距的点阵结构,采用自组装技术制备4种自组装分子膜。通过表面形貌和接触角的测量表征试样的表面特性。结果表明:通过激光点阵加工和沉积自组装分子膜,可显著增加Ti6Al4V试样的水接触角。长链分子FDTS、FOTS和OTS制备的自组装分子膜,使Ti6Al4V试样的接触角均大于150?,形成超疏水表面,其中沉积FDTS自组装分子膜时,试样的接触角最大,可达164.5?。沉积短链分子MPS自组装分子膜时,只有当激光加工间距为50μm时,试样方可形成超疏水表面;间距增大后,试样表面变成疏水表面。沉积4种自组装分子膜时,试样的接触角均随激光点阵加工间距的增大而减小。     

微纳超疏水钛合金表面的制备及其性能研究

目的 制备超疏水自清洁的Ti6Al4V合金表面。方法 首先使用飞秒激光在Ti6Al4V合金表面预制备微米级结构,然后将预制备的样品置于1.0 mol/L的氢氧化钠溶液中,在超声水浴状态下进行电化学去合金,获得微纳米复合结构。经表面改性后,得到微纳超疏水钛合金表面。结果 经复合制备的微纳超疏水表面结构由微米级的梯形凸柱阵列,以及通过电化学去合金形成的三维纳米孔洞骨架和沉积的微米或亚微米金属氧化物组成。经过表面改性后,该微纳复合结构表面呈现优异的超疏水性,其接触角可达162.5°,滚动角低至3.4°。自清洁性能测试结果表明,该微纳超疏水钛合金表面展现出优异的低黏附性和自清洁性,1滴水对表面的清洁效率达到99.8%。激光加工参数与静态水接触角之间的关系表明,接触角与扫描间距呈负相关,与能量密度、重复次数呈正相关。结论 飞秒激光结合电化学去合金方法制备的具有微纳结构的钛合金表面呈现出优异的超疏水自清洁性能,通过改变激光加工参数能够有效增大表面的静态水接触角,为后续研究提供了一定参考。     

飞秒激光刻蚀对纳米金刚石薄膜表面微观特性的影响

利用飞秒激光对纳米金刚石涂层进行刻蚀试验,通过改变激光的重复频率,输出功率以及焦点扫描速度,研究不同的激光加工参数对金刚石涂层烧蚀结果的影响。利用白光干涉仪器、SEM、拉曼光谱仪研究了飞秒激光刻蚀后涂层表面微观粗糙度、微观形貌以及碳相结构变化。采用面积推算法计算出扫描速度1 mm/s,有效脉冲数为90时的烧蚀阈值。结果表明：金刚石涂层表面飞秒激光诱导的条纹状结构周期（LIPSS）接近飞秒激光波长,改变飞秒激光重复频率对涂层表面形貌修饰影响不大;由于烧蚀饱和作用,飞秒激光功率增加至80 mW过程中涂层表面微观粗糙度持续减小随后维持在325 nm左右;激光扫描速度的增大可使LIPSS特征消失,当扫描速度增加至1.4 mm/s后,涂层表面微观粗糙度不再继续降低而是随着速度的增大而增大。激光诱导的金刚石涂层表面石墨化程度越高,涂层表面微观粗糙度则越低;当有效脉冲数为90时纳米金刚石薄膜的飞秒激光烧蚀阈值为0.138 J/cm²。     

利用飞秒激光对钛金属表面黑化处理的研究

目的降低金属钛表面的反射率,探索钛表面黑化处理的新工艺。方法采用飞秒激光技术对金属钛表面进行了黑化处理,通过研究激光功率、扫描速度、重复频率等工艺参数,研究不同试验状态下样品的表面形貌和反射率,采用扫描电镜表征样品的微观结构,同时利用分光光度计测试样品的反射率曲线。结果当激光功率为6 W、扫描速度为100 mm/s、重复频率为200 k Hz时,样品的反射率最低,在250~800 nm波长范围内的平均反射率为2.66%。结论调节激光参数可以在金属钛表面获得不同形貌的微结构,不同工艺参数下获得的样品的反射率不同,但是都可以降低钛表面的反射率。     

飞秒激光刻蚀氧化锆表面微纳结构及其润湿与抗菌性能

目的 构筑氧化锆表面微纳结构,提高表面疏水性能。方法 用飞秒激光在氧化锆表面刻蚀网格结构,随后用硬脂酸修饰所得表面,系统研究了激光能量密度、激光扫描速度对氧化锆表面形貌及润湿性的影响,分析不同处理条件下氧化锆的表面形貌和润湿性,通过润湿模型进一步揭示润湿性转变内在机理。进一步通过在饱和大肠杆菌溶液中浸泡的试验,对不同处理条件下氧化锆表面的抗菌性能进行了测试和分析。结果 在9.6 J/cm²的过高能量密度以及10 mm/s的过小扫描速度下会导致氧化锆表面过度烧蚀,破坏表面微结构,不利于提高表面疏水性。发现激光纹理化氧化锆的最佳参数为激光能量密度8.3 J/cm²,扫描速度20 mm/s,制备的微凸起结构为表面覆盖大量纳米结构的周期性锥状阵列,凹槽的平均宽度和平均深度分别为(27.598±1.376)μm和(33.825±0.559)μm,此时表面粗糙度最大为9.556 μm,随着表面粗糙度的增加,微纳复合结构可以截留更多的空气,减少固液接触面积,表面具有最大的水接触角为(163.9±1.5)°,最小的水滚动角为(4.3±0.8)°。平板菌落计数法测定结果显示,此时硬脂酸修饰的激光纹理化氧化锆超疏水表面的抗菌率最高,为(89.1±3.6)%。结论 采用飞秒激光刻蚀结合硬脂酸修饰的方法,通过激光参数优化,可在氧化锆表面产生微纳复合结构,增加其表面粗糙度,从而制备得到疏水甚至超疏水的氧化锆表面,超疏水氧化锆表面截留的空气层对大肠杆菌的黏附具有很好的抑制作用,表现出明显的抗菌性,有望扩展氧化锆在牙科领域的应用。     

微细流路模压成形用碳化钨模具飞秒激光加工工艺研究

目的 解决微细流路芯片中微细流路制备时,传统加工工艺存在的效率低下等问题。方法 采用飞秒激光加工碳化钨模具,进行工艺研究。对扫描功率、扫描速度、扫描层数等参数进行田口正交实验,研究其变化对加工表面质量及尺寸精度的影响。使用白光干涉仪测量了加工后表面的粗糙度,使用超景深三维显微系统测量了加工深度,并通过对结果的综合优化得出了最优工艺参数。结果 在所选的25组工艺参数中,各参数的变化对表面粗糙度值影响不大,对材料加工深度影响最大的因素为扫描速度,影响最小 的为激光功率。经过综合优化,最佳工艺参数组合为：扫描功率20 W,扫描速度200 mm/s,扫描层数25。 结论 随着飞秒激光功率的增大、扫描速度的减小和扫描层数的增加,加工深度都有显著增加。以最优加工参数加工而得的模具微凸起的上表面宽度为152 μm,边缘整齐,通道深度为42.41 μm,横压成形玻璃表面粗糙度值为0.164 μm。研究结果为飞秒激光加工碳化钨微细流路提供了一定的参考。     

吸收层对铜箔飞秒激光冲击强化的影响

目的 通过对不同吸收层下飞秒激光冲击后Cu箔的显微组织和力学性能变化分析,选出强化效果更好的吸收层.方法 利用飞秒激光对覆有百纳米厚度吸收层的铜箔(Cu-nm)和覆有百微米厚度吸收层的铜箔(Cu-μm)进行冲击强化,通过扫描电镜、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪、显微硬度计对两个样品进行显微组织和力学性能的观测分析.结果 飞秒激光冲击后,Cu-nm主要产生形变孪晶,孪晶比例提高了60.9％,大角度晶界比例提高了12.8％,显微硬度提高了10.8％;Cu-μm主要发生位错变化,位错密度增加16％,小角度晶界比例提高9.8％,显微硬度提高2.2％.除此之外,经飞秒激光冲击后,Cu-nm产生了更大的残余压应力,不仅中和了母材的残余拉应力,还表现为残余压应力;而Cu-μm经飞秒激光冲击后,产生的残余压应力无法完全中和母材的残余拉应力,仍显示为残余拉应力.结论 对比研究得出,飞秒激光冲击Cu-nm后,实现了微观组织孪晶化,改变了残余应力状态,提高了铜箔表面的硬度.     

飞秒激光加工参数对RB-SiC表面形貌的影响

目的 揭示飞秒激光加工参数对反应烧结碳化硅(Reaction-Bounded Silicon Carbide,RB-SiC)表面形貌的影响规律。方法 通过改变激光能量密度和有效脉冲数,研究RB-SiC表面烧蚀槽的形貌变化规律,确定飞秒激光加工RB-SiC的去除机理。采用扫描电镜、共聚焦显微镜、X射线能谱仪和拉曼光谱仪分析RB-SiC烧蚀前后的表面形貌演变行为。结果 激光能量密度在0.62~10.48 J/cm²时,Si富集区域形成凹陷结构,SiC颗粒区域形成周期性结构(Laser-Induced Periodic Surface Structures,LIPSS),周期约为970 nm。随着激光能量密度的增加,凹陷结构扩大加深,表面球形纳米颗粒增多,烧蚀槽宽度呈对数增长。有效脉冲数在69~ 1 379,Si富集区域的去除量高于SiC颗粒区域的去除量。随着有效脉冲数增加,烧蚀槽深度显著加深,凹陷结构扩展成深坑结构,飞溅至烧蚀槽外侧的纳米颗粒聚集成团簇物,由Si、SiC和非晶态SiO2构成的沉积物在烧蚀槽边缘形成堆积层。结论 降低激光能量密度能够减少RB-SiC表面凹陷和纳米颗粒,有助于提升烧蚀形貌的一致性。增加有效脉冲数会促进烧蚀槽底部深坑结构的产生,进而扩大Si与SiC去除量之间的差异。     

激光辐照碳化硅颗粒原位生成碳化硅纳米纤维的条件与特征

目的通过优化制备碳化硅纳米纤维的工艺及激光工艺参数,获得一种制备碳化硅纳米纤维的新方法。方法利用500 W振镜式光纤激光器,在氩气的保护下,以一定的激光工艺参数辐照预置在镍基板上的纳米碳化硅颗粒,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分别对所得产物的形貌、元素组成、物相以及微观结构进行分析。结果激光工艺参数对所得产物的形貌以及结构有一定的影响,当激光能量密度在7.71～8.75 kJ/cm2之间时,制备出的碳化硅纳米纤维由多晶和非晶结构组成,其直径范围在5～10 nm之间;当激光能量密度为7.92～8.33 kJ/cm2时,样品中除Si C外,还有少量的C元素。结论激光辐照Ni基板上的碳化硅纳米颗粒,在优化的激光工艺参数下,可以制备出形貌良好的纳米纤维,为制备纳米材料提供了一种新途径。     

飞秒激光制备梯度润湿性单晶硅表面∗

针对化学气相沉积、自组装技术等表面制备方法存在化学污染、表面结合强度低等问题,运用飞秒激光在单晶硅表面加工正方形微凹坑阵列制备梯度润湿性表面,使用白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪分别测量单晶硅表面粗糙度、微观形貌、化学成分及接触角。 通过改变激光能量密度制备不同梯度润湿性表面,研究不同激光能量密度下液滴在梯度润湿性表面上的铺展规律。 结果表明:随激光能量密度增大,表面粗糙度参数算术平均高度、均方根斜率和界面扩展面积比整体呈增大趋势,表面接触角整体呈减小趋势。 由于激光能量密度增大导致的单晶硅表面平行微凹槽、重凝层及不规则微纳结构使均方根斜率、界面扩展面积比及表面接触角出现波动。 液滴在梯度润湿性表面定向铺展分为加速与减速两个阶段,减速阶段速度伴随明显波动现象,小体积液滴的铺展速度更快。 实现了飞秒激光高精度、非接触、过程可控的梯度润湿性表面制备,结果可为制备单晶硅微流控器件提供理论参考。     

SEBS/h-SiO2复合涂层疏水性能研究

目的 在飞机常用材料AMS 4037铝合金表面制备超疏水复合涂层,并研究其疏水性,以避免液滴在飞机表面停留,减少结冰,保证飞机在冰雪天气中安全航行.方法 以苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)、疏水二氧化硅(h-SiO2)为原料,通过提拉法在铝合金表面制备SEBS/h-SiO2超疏水复合涂层.借助扫描电子显...     

飞秒激光全划切超薄碳化硅基片

目的 为实现超薄碳化硅基片全划切,需在加工出窄线宽(小于25 μm)的切割槽的同时保证基片的强度。方法 使用波长为1 030 nm的红外飞秒激光对碳化硅基片进行全划切加工,通过扫描电子显微镜和光学显微镜分析脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数对切口宽度、深度以及断面形貌的影响,采用能谱仪对不同脉冲能量下的划切断面进行微区元素分析,采用激光共聚焦显微镜测量划切断面粗糙度,以及采用电子万能实验机测试划切样品的抗弯强度。结果 划切断面的元素主要有Si、C、O 3种,O元素富集在断面的上下边缘位置。SiO2颗粒喷溅重沉积影响断面微纳结构。断面的粗糙度随脉冲能量的增强而上升,基片强度反而下降。在激光脉冲能量为3.08 μJ、脉冲重复频率为610 kHz、切割速度为4 mm/s、切割12次的条件下,可以加工出宽度为15 μm、深度高于100 μm的良好切割槽,断面粗糙度为296 nm,基片抗弯强度为364 MPa。结论 切割槽宽度和深度与脉冲重复频率、脉冲能量、切割速度和扫描次数有关。O元素的分布说明存在SiO2堆积在断面上下边缘部分的现象。使用小脉冲能量激光进行划切,可以减少SiO2颗粒喷溅重沉积,从而使断面出现大量熔块状结构,得到粗糙度较低的断面形貌。断面粗糙度降低,意味着划切断面存在的微裂纹等缺陷减少,从而使强度上升。本试验最终采用较优激光划切工艺参数,实现了飞秒激光全划切超薄SiC基片,槽宽仅为15 μm。由于短脉宽小脉冲能量高重复频率激光的作用以及激光辐射下SiC材料的相分离机制,基片划切断面烧蚀形貌良好,且抗弯强度较好。