含氟低表面能修饰的超双疏涂层制备及其性能

目的 制备具有良好机械稳定性和化学稳定性的超双疏涂层材料。方法 采用三种尺寸的微纳米二氧化硅和环氧树脂制成微纳米凹凸结构,在此基础上修饰低表面能的氟碳单分子层,制备超疏水超疏油涂层。分别利用扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线光电子能谱,对涂层表面的形貌和成分进行分析。通过接触角测量仪测试涂层表面的接触角和滚动角。经过砂纸摩擦、耐化学腐蚀和耐溶剂性能测试,分别评价超双疏涂层材料的耐磨损性和化学稳定性。结果 涂层对水、乙二醇和花生油等表面张力在34~72 mN/m范围内的液体具有超疏特性。砂纸上机械摩擦5次循环后,对花生油的接触角保持在155?以上,滚动角保持在5?以下;摩擦10次循环后,对水和乙二醇的接触角均保持在154°以上,滚动角保持在2.5?以下。涂层经pH=14的碱溶液和正庚烷浸泡,168 h后,对水和乙二醇仍保持超疏性能;96 h后,与花生油接触角在153?以上,滚动角在10?~20?之间。结论 该涂层具有良好的超疏水超疏油性能及良好的耐磨损性和化学稳定性,在工业领域具有较大的潜在应用价值。     

基于溶胶-凝胶法制备PFTMS-SiO2有机-无机杂化超双疏涂层

针对超双疏涂层在建筑室内、外功能性家装领域的应用问题,采用溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯（TEOS）和甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为共前驱体,结合1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷（PFTMS）改性制备了PFTMS-SiO₂有机-无机杂化超双疏涂覆液。当改性剂与正硅酸乙酯摩尔比达到0.3时,该涂覆液在玻璃、瓷砖、石材、水泥板表面形成的涂层均呈现超双疏特性,最高水接触角157.4°,正十六烷接触角142.6°,涂层附着力达到1级,耐洗刷试验1600次后仍保持良好超双疏性能。XPS结果表明,经过改性处理后的SiO₂链段上含氟基团相对含量达到了69.53%,在玻璃表面形成的超双疏涂层含氟基团相对含量为33.75%,涂层表面的平均粗糙度达到937 nm,说明了含氟基团的成功引入及表面凹凸不平的微观形貌共同构成了涂层表面的超疏性能。     

超滑表面(LIS/SLIPS)的设计与制备研究进展

仿生猪笼草结构的超滑表面(LIS/SLIPS)是一种通过将低表面能液体注入微纳孔而形成的固液复合结构,其具有优异的疏液、不粘附、自修复等特性,成为表界面领域的研究热点。综述了超滑表面制备过程中的经验、争议、误解与盲点,并讨论了超滑表面可能产生的失效。通过对比超滑表面与超疏水涂层结构的差异,分析了超滑涂层在滑动性、稳定性、自修复性等方面与超疏水的联系、区别以及超滑涂层表面四个相态间的作用关系,总结出超滑涂层设计的基本物理模型。从超滑涂层制备工艺,包括基底制备、基底修饰、润滑油选择、润滑油灌注等四个方面,详细梳理了超滑表面制备要点及选材标准,并讨论了超滑表面制备工艺存在的诸多争议。研究发现,超滑表面多孔结构的粗糙度对于形成稳定界面至关重要,有着其特殊的尺寸范围。为了追求疏液性能而选取表面能过低的润滑油不可取,过低表面能反而会引起cloak效应,最终导致油膜流失,而如何将润滑油完全填充到多孔结构中也被许多学者忽视,并且不合理的设计制备以及服役环境也将造成超滑表面的失效。最后展望了未来超滑表面制备应朝着工艺简化、性能稳定长效、多功能化、智能化方向发展。     

超疏水表面在金属防护中应用的研究进展

超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。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。然后,归纳总结了三种制备超疏水表面的有效途径:在低表面能物质上构建微纳米级粗糙结构;先构建出具有微纳米级的粗糙结构,再对表面进行低表面能修饰;一步法完成低表面能修饰和微纳米级粗糙结构的构建。在此基础上,详细地综述了常见的超疏水表面(薄膜或涂层)在金属防护中的应用。进一步介绍了通过在超疏水体系中引入缓蚀剂的方式,构建具有主动防护功能的超疏水表面,并介绍了此种超疏水表面在金属防护中的应用。最后指出了目前的超疏水表面在制备工艺以及耐久性等方面存在的问题,并对其在金属防护领域的应用前景和发展方向作出了展望。     

盐溶液刻蚀-氟化处理制备X65管线钢镀镍超双疏表面及其耐蚀性研究

通过盐溶液对X65管线钢镀镍表面进行化学刻蚀,然后经过全氟辛基三氯硅烷修饰,成功地在基底上制备出了超疏水疏油性能的表面,并通过电化学测试研究了双疏表面的耐腐蚀性能。结果表明:含钴镍离子的溶液80℃恒温刻蚀6 h后,再经过全氟辛基三氯硅烷修饰2 h,得到了与去离子水、乙二醇的接触角分别为160°和152°的超双疏表面。相较于镀镍试样表面,极化曲线表明超双疏表面的腐蚀速率明显降低,电化学阻抗测试图谱表明超双疏表面的耐蚀性得到了提高。     

化学气相沉积纯钨材料晶体生长习性及其应用性能研究

本研究结合CVD(chemical vapor deposition,CVD)-W材料实际应用对其性能及组织结构的要求,详细讨论了随生长阶段的变化CVD-W晶体生长习性,获得了CVD-W表面形貌-晶粒生长尺寸-表面粗糙度三者与涂层厚度之间的关系,为CVD-W材料及技术在半导体行业及相关高温发热及防护领域中的应用和推广提供了借鉴。     

超亲水-超疏油无机膜材料的制备及在油水分离中的应用

超亲水-超疏油无机膜材料具有抗污染能力强、环境耐受性好等优点，因而在含油废水处理领域具有较好的应用前景。介绍空气中超亲水-超疏油及超亲水-水下超疏油无机膜材料的制备理论基础，从选择膜改性材料角度出发，系统总结归纳空气中超亲水-超疏油和超亲水-水下超疏油2种无机膜材料的制备方法。制备空气中的超亲水-超疏油无机膜材料主要采用含氟材料，并构造亲水性粗糙表面，通过添加含氟材料降低膜表面能中的色散分量。构造亲水性粗糙表面的方法大多引入亲水性纳米颗粒，以增加膜表面能中的极性分量，从而获得亲水特性。制备超亲水-水下超疏油无机膜材料主要通过构造亲水性粗糙表面获得相应性能。材料的选取通常以亲水性聚合物和亲水性纳米颗粒为主。超亲水-超疏油无机膜材料大多应用于以含油废水处理与废油净化为主的环保领域，相较于“除水过油”处理方式，它具有耐油污性能好、通量高等优点。最后提出了目前该领域研究中存在的一些问题和不足之处，展望了该领域未来的发展方向。     

超疏水表面技术在腐蚀防护领域中的研究进展

提高材料表面疏水性有利于降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。近年来,超疏水表面由于其非润湿性、自清洁性等特殊表面性质而受到广泛的关注,并且越来越多的研究已经将超疏水表面应用于腐蚀防护领域。材料表面的浸润性主要取决于表面化学性质及表面微观结构,因此提高材料表面的疏水性也往往通过降低材料的表面能、改变表面微观结构这两个方面入手。阐述了超疏水表面的浸润性机理,介绍了不同建立表面微观粗糙结构,增强材料疏水/超疏水性的方法,总结了超疏水表面技术在腐蚀防护领域的最新进展和存在的一些问题,并展望了超疏水防腐表面技术的未来发展方向。     

机械高稳态超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其具有低粘附和排斥水的特性,广泛应用于冷凝传热、抗结冰、减阻、防腐蚀、油水分离及自清洁等众多领域,具有极其重要的应用前景.然而,超疏水表面在机械作用下容易造成超疏水性部分或全部丧失,限制其实际应用,故关于该表面机械稳态性问题研究的重要性凸显.综述了超疏水表面在机械作用下的失稳机制和稳态性评价方式,根据超疏水表面的微纳米结构和低表面能物质失效差异,将机械高稳态超疏水表面的实现策略归纳为三类:构筑自修复性表面,利用涂层中的自修复性分子对表面的疏水物质缺失或结构损伤进行自我补足;构筑微观复合结构表面,选择双尺度(大尺度-微米/小尺度-纳米)或全疏单级(或多级)尺度的结构抵御机械破坏;构筑多组分协同增强表面,通过化学键或范德华力作用,改善涂层的固有强度或提高涂层与基底的结合强度.这三类策略均具有一定的局限性,如何实现超疏水表面大规模工业应用仍是一个科学难题,并展望了其未来的发展方向.     

混酸刻蚀-氟化处理制备X80管线钢双疏表面及其耐蚀性研究

通过酸性溶液对X80管线钢表面进行化学刻蚀,形成具有一定结构的微观粗糙形貌;然后通过低表面能物质十七氟癸基三乙氧基硅烷的修饰,降低钢材基底的表面能,从而成功地制备出超疏水疏油的双疏功能表面。研究了酸性刻蚀和氟化处理对表面形貌及其润湿性的影响,并通过电化学测试研究了双疏表面的耐蚀性能。结果表明:经过4 h的酸性刻蚀与氟化处理,所制备的超疏水疏油表面与去离子水,丙三醇,乙二醇和十六烷的接触角分别达到161°,156°,151.5°和146°,实现了超疏水与疏油的双疏效果。相比较未经处理的X80管线钢试样,双疏表面的腐蚀电位发生了正向移动,而腐蚀电流密度降低了两个数量级,说明双疏试样耐腐蚀性能得到了显著提高。     

建筑与环境设计用水性聚氨酯涂料的应用现状及研究进展

随着环保意识的不断增强,环保功能型水性聚氨酯建筑用涂料备受青睐。总结了近几年国内外功能型水性聚氨酯涂料在建筑与环境设计行业中的应用现状和最新研究进展。水性聚氨酯涂料具有水性涂料的环保性和聚氨酯涂料的高性能,被广泛应用于建筑与环境设计行业,主要有防水涂料、耐污防腐涂料、防霉抗菌涂料、耐磨抗冲击涂料和阻燃隔热涂料。由于水性聚氨酯分子中引入了亲水基团,导致其防水性、耐污性、防腐性、防霉抗菌性、耐磨抗冲击性及阻燃隔热性等较差,一定程度上限制了其应用范围。为了解决这一问题,研究者们对水性聚氨酯涂料进行了纳米改性、复合改性、交联改性和共混改性等。综述了近年来,国内外学者在水性聚氨酯涂料改性方面的研究进展,并结合目前国内水性聚氨酯的发展水平,提出了未来水性聚氨酯涂料的主要研究方向为通过表面改性的方法开发高性能、高品质产品,从而实现建筑与环境设计对水性聚氨酯涂料高性能、功能化、本性化、环保安全性以及装饰性的要求。     

冷喷涂沉积机理及其装备的研究进展

冷喷涂是近几年基于空气动力学发展起来的新型表面改性技术。冷喷涂技术在较低的温度下进行,相比热喷涂有很多优势,成为研制开发非晶、纳米及其他温度敏感材料的有效手段,在工业及国防领域有着重要的应用前景和价值。简要介绍了冷喷涂技术的原理、特点以及在保护涂层、功能涂层、近净成形、零件修复等方面的应用。涂层沉积机理的研究对冷喷涂技术的研究具有重要的理论意义,对工艺参数的优化以及优质涂层的制备具有重要的指导作用。冷喷涂装备对涂层质量和喷涂效率的提高至关重要。冷喷涂装备使冷喷涂技术的研究从理论研究到实验研究过渡,最终由实验室研究向工业应用过渡。详细阐述了冷喷涂涂层沉积机理及其研究进展。系统阐述了冷喷涂装备(真空冷喷涂、激光辅助冷喷涂、脉冲气体冷喷涂、激波风洞冷喷涂等)的工作原理及研究现状。     

TiO2纳米管阵列光生阴极保护性能研究进展

TiO2纳米管阵列因具有比表面积大、电子传输能力强、化学稳定性好等特点,以及拥有优势明显的光生阴极保护作用,可以为金属基体提供有效的腐蚀防护,近年来成为了研究的热点之一。为了探索TiO2纳米管阵列在金属防腐蚀方面的应用,就其对不锈钢和碳钢的保护作用以及改性方式对TiO2纳米管阵列的光生阴极保护的延时效果进行了总结,并比较分析了TiO2纳米管阵列对两类钢保护效果的差异,指出了纳米管阵列对碳钢的保护效果不及对不锈钢的保护,其不佳的主要原因是阵列与碳钢基体间的结合强度较低且受界面层结构和电子特性的影响。同时,由于TiO2属于宽禁带半导体材料,对可见光的利用率比较低且当TiO2受到光激发后产生的电子-空穴对的存在时间较短,需要利用不同改性方法来提高光生阴极保护效果,因此对其金属离子掺杂、非金属掺杂、半导体复合、贵金属沉积以及石墨烯复合五种主要改性的研究进展进行了着重阐述,对影响改性效果的主要因素以及相应的改性机理也进行了归纳与分析,并根据当前的研究现状,提出了有待进一步研究和探索的问题,以期为TiO2纳米管阵列获得优良的阴极保护作用提供思路。     

石墨烯在金属防护中的应用与展望

石墨烯(类)材料作为明星材料,是诸多应用领域的研究热点。主要从两个方面综述了石墨烯材料在金属腐蚀防护中的应用研究现状,简要概述了单纯的石墨烯薄膜用于金属防护的发展历程,并对该防护手段的弊端进行了分析与讨论,得出石墨烯薄膜不适合直接覆于金属表面用于防腐蚀的结论。详细介绍了石墨烯复合防护涂层的制备方法与性能,针对将石墨烯类材料作为填料改性防护涂层的研究现状,概括了该防护手段的缺点与改进策略,即通过在氧化石墨烯表面进行分子(硅烷偶联剂、聚合物单体等)修饰和表面覆盖纳米粒子(纳米Si O2、Al2O3、Ti O2颗粒等),达到增强石墨烯材料与防护涂层之间的相容性的目的。在此基础上,提出了"主动防护"的概念,构想出一种以石墨烯材料为基础的新型缓蚀剂纳米存储器,同时提出石墨烯材料的深层防护机制仍亟待解决。最后,立足于整个石墨烯行业,从工业化应用的角度出发,对石墨烯防护技术进行了展望。     

风电机组关键部件磨蚀现状及防治研究进展

随着风电事业的迅猛发展,风电机组关键部件磨蚀问题日益突出,而关于该问题的全面综述鲜有报道,亟须系统分析总结风电机组磨蚀问题及防治手段,为解决长期困扰风电行业的磨蚀难题提供参考和建议。首先,阐述陆上及海上风电机组金属部件腐蚀磨蚀现状,统计国内典型区域非金属部件的磨蚀现状,分析其产生磨蚀损伤的机理,指出塔筒等金属结构件腐蚀磨蚀问题突出,叠加所在地的特殊区域环境,出现加速失效;齿轮等金属零部件的磨蚀损伤是进一步失效的诱发因素,表现出与承担功能相关的特有失效形式;非金属部件以叶片前缘的磨蚀最为突出,引起持续的发电量损失和维修费用激增。其次,分别综述风电机组金属部件和非金属部件的磨蚀防护技术,指出塔筒等结构件在普遍应用传统涂层保护的基础上,仍须探索包覆技术和附加防护装置等新的防护方式;叶片本体涂料防护技术相对成熟,但涂料防护和贴膜防护均无法满足叶片前缘全周期防护的要求。最后,分析总结风电机组关键部件磨蚀防治存在的主要技术问题,对后续的研究方向进行了探讨和展望,填补了风电机组关键部件磨蚀防治领域的综述空白。     

连铸浇注区域除尘实施方法的分析探讨

随着钢铁行业超低排放要求的落实,连铸浇注区域实施除尘正逐渐成为连铸机的必备配置。在增加除尘设施时,如何将新增设备对现有工艺操作的影响降至最低,同时又对浇注设备及平台结构改造最少,是实施浇注区除尘成功的关键所在。对目前国内连铸浇注区域除尘实施的3种典型方式进行了介绍,并结合作者的设计实践,对每种除尘方式的集尘罩结构特点、对工艺操作及设备的影响、平台改造量等方面进行了分析比较,为连铸浇注区除尘实施方式的选择提供了参考。     

高性能水性聚氨酯涂料的发展及改性研究

随着以生态设计推动绿色发展的理念逐步为大众接受,相对安全、环保的水性涂料——水性聚氨酯涂料开始在建筑涂料领域受到广泛关注。水性聚氨酯涂料的研究,目的是使其性能最优,并在建筑等行业获得广泛应用。针对市场对涂料色彩饱和度、防水、耐污抗菌、防霉防腐、耐磨抗冲击及阻燃隔热等性能的需求,需要开发多种功能性水性聚氨酯涂料。但因其本身的组成成分的改变是通过将有机溶剂替换为对环境友好的亲水基溶剂,故在相应的应用范围内受到一定限制。为了适应水性聚氨酯涂层的轻量化要求,专家学者们长期以来不断致力于水性聚氨酯的改性研究。总结了高性能水性聚氨酯涂料的发展现状,综述了近年来水性聚氨酯性能最优化方面的研究进展和国内相关报道,同时结合当前国内外水性聚氨酯的研究技术水平,提出了水性聚氨酯涂料在未来长期的主要研究方向应当是通过表面改性的方法开发性能更加优异、价格更加亲民的产品,从而实现水性聚氨酯涂料在涂装行业上的广泛应用,同时还应满足开发环境友好型水性涂料的现代工业发展原则。     

镁合金表面改性技术研究现状及进展

镁合金有高的比强度，使其成为汽车、航空等工业今后减重的选用材料；它有良好的抗电磁信号干扰、吸震（阻尼）性能和环境友好性等，使其在电子工业领域应用潜力巨大。但镁合金缺乏自医的、自然钝化的表面膜，使其在使用过程中易腐蚀，尤其在潮湿空气、海水、各种有机酸及其盐、无机酸等环境中其耐蚀性差。目前，在镁合金表面改性方面采用的方法不外乎表面涂层技术，以保护镁合金基体不与外部环境接触。本文结合作者在镁合金表面扩渗合金化方面所做的研究工作以及金属镀层、阳极氧化法和高能束技术处理等在镁合金表面改性方面的应用研究现状，对镁合金表面改性技术作综合评述。     

化学气相沉积钨涂层的研究现状与进展

化学气相沉积钨涂层具有工艺简单、技术成熟度高、涂层综合质量优异等特点,广泛应用于国防、航天、核工业等领域。首先介绍了化学气相沉积钨涂层的原理和特点,重点讨论了化学气相沉积钨涂层的工艺及应用研究现状,包括化学气相沉积钨涂层微观组织控制工艺及在耐辐射、耐磨耐蚀和高温防护领域的应用,同时对新型化学气相沉积钨涂层技术的发展进行了展望。一是改善现有工艺存在的反应气源与反应产物毒性大等问题,满足绿色环保的发展要求;二是改善现有工艺存在的沉积温度高、沉积速率偏低等问题,实现在不同衬底表面的高效、高质量沉积;三是改善现有化学气相沉积钨涂层结构与功能单一等问题,满足构件对钨涂层高性能和多功能的需求。