超疏水表面结构对结露影响的研究

利用仿生技术制备超疏水表面可以防止或减少金属表面结露结霜,得到了广泛深入地研究。就是利用这一技术采用激光刻蚀和纳米溶液制备超疏水表面分别得到了具有超疏水性能的铝块、硅片。并将这些样品搁置在一定的环境条件下利用高速摄像机观察其表面的抗凝露效果,提出了采用液滴在表面脱落频率和脱落直径来衡量固体表面上的液滴更新频率的快慢,进而衡量固体表面的抗凝效果。通过观察普通铝块与超疏水铝块、不同结构的超疏水硅片之间的表面凝露情况,得出超疏水表面的凝结的水滴与样品的表面接触角大,接触面积较小,以Cassie-Baxter状态悬停在微纳米方柱上,在很小的外力作用下就能离开固体表面,从而达到抗凝露效果。     

铝基体超疏水表面的抗结冰结霜效果分析

增加接触角是提高表面抗结冰结霜能力的重要方法.借助电化学加工和氟化处理获得铝基体超疏水表面,该表面具有二元微纳米复合结构,干燥时水滴在其上的接触角为160°,滚动角小于5°,处于Cassie-Baxter状态.在自制的半导体制冷台上,观测冷表面温度为-5.2 ℃时,铝基体超疏水表面的结霜过程,并将其与普通铝表面进行了对比,发现铝基体超疏水表面的四周边缘处先出现霜晶并逐渐蔓延到整个表面,与普通铝表面相比具有显著的抗结冰结霜性能.最后对铝基体超疏水表面的边缘效应和抗结冰结霜机理进行了分析.     

铝合金基体超疏水表面的制备及防冰霜性能研究

用化学刻蚀法构建铝合金基体二元三维微纳米表面结构,再经棕榈酸修饰,制备了仿生超疏水表面。水滴与表面接触角达157°,滚动角3°。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征其形貌和表面元素;并测试其防粘附性能,防结冰和结霜性能。结果表明,其疏水机理与Cassie模型相符,超疏水性能和防粘附性能良好,且结冰时间长,结霜量少。     

超疏水表面防结冰结霜性能的研究进展

利用超疏水表面可以防止或减少金属表面结冰结霜,在制备防结冰结霜表面中得到了广泛深入地研究。超疏水表面一般是利用其自身表面的粗糙结构和低表面能来使得液滴无法在其表面长时间停留而获得超疏水性能,但是液滴在低温和大湿度以及液滴在高高度撞击超疏水表面条件下会使超疏水表面的抗结冰结霜性能明显降低。针对这种情况,综述了超疏水表面在这方面的进展来探讨提高其抗结冰结霜性能的可能途径和方法。     

铝基体超疏水表面结冰结霜特性研究

采用中性电解液,通过电化学加工技术及氟化处理方法制备出铝基体超疏水表面,接触角达160°,滚动角小于5°,并在其上进行了结冰和结霜研究.在不同实验条件下研究超疏水表面的形貌、霜高随时间的变化,并与相同条件下的普通铝表面、吸水性表面进行了对比.结果表明,该超疏水表面经过50多次结霜、除霜后,仍具有很好的超疏水性能,表现出良好的重复性和耐久性;与普通铝表面相比,铝基体超疏水表面具有明显的抗结冰结霜性能,霜晶先出现在四周边缘处并逐渐蔓延到中间,但抑霜能力随着冷表面温度的降低而减小;与吸水性表面相比,超疏水表面在抗结冰结霜的同时能有效抑制表面质量的增加.     

微纳米结构超疏水膜层的构建与性能研究进展

介绍了超疏水膜层制备的理论,综述了微纳米结构超疏水膜层的构建方法与纳米粒子在超疏水膜层制备中的应用。微纳米结构与低表面能是形成超疏水膜层的2个关键要素,目前的制备方法在一定程度上实现了基体表面的超疏水性能,但试验设备贵、操作复杂、成本高;改性纳米粒子在超疏水膜层制备中具有重要应用,但存在官能团不稳定、改性剂成本高、表面微观结构脆弱等问题。因此,研究易于操作、低成本的制备技术、获得耐用性好的膜层是超疏水材料的重要研究方向。     

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。     

微纳结构超疏水表面的浸润性及防冰性能

以Ti合金为基体材料,通过超快激光加工微结构并复合纳米SiO₂/氟化聚氨酯涂料,获得微纳结构的涂层表面,并与涂料喷涂获得的纳米涂层表面和未处理的Ti合金表面进行对比分析。分别采用扫描电镜、超景深显微镜、接触角和冰结合力测量仪,研究分析未处理Ti合金表面、纳米结构表面、微纳结构表面的形貌、疏水性、防覆冰性能。结果表明:具有微纳结构的涂层表面具有最佳的超疏水性,接触角为158.9°;与未处理Ti合金表面、纳米结构表面相比,微纳结构表面冰结合力显著降低,表面冰结合强度约为410 kPa。      

“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.     

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°。     

金属锌表面超疏水薄膜的制备及其摩擦学性能

通过简单两步法在金属锌表面构筑超疏水薄膜, 锌片首先经N,N-二甲基甲酰胺(DMF)处理在表面构筑微纳结构薄膜, 然后在表面覆盖硬脂酸薄膜以实现超疏水. 采用扫描电子显微镜, 傅里叶红外光谱仪和接触角测量仪等手段表征了超疏水表面的形成机制和表面形貌, 并利用微纳米摩擦磨损试验机研究了超疏水薄膜的减摩耐磨特性. 研究结果发现, 在锌表面形成了一层纳米棒状结构的超疏水薄膜, 水的接触角可达155^o. 超疏水薄膜具有明显的减摩和耐磨特性, 这可归因于DMF处理导致的表面微织构化效应以及脂肪酸自组装薄膜的纳米润滑效应.     

微通道换热器结霜特性研究现状与展望

微通道换热器在低温工况下用作蒸发器时存在结霜速度较快的问题,制约了其在制冷系统的应用。针对微通道换热器的结霜现象,本文归纳了影响微通道换热器结霜特性的因素、改善微通道换热器结霜特性的方案和微通道换热器结霜的相关仿真研究,介绍了微通道换热器结霜特性的研究现状和方向,发现目前影响微通道换热器结霜特性的因素主要分为:外部因素(环 境参数、表面温度、凝水),结构因素(换热器布置方向、翅片结构、翅片密度、涂层、结垢)和内部因素(制冷剂分布)。改善微通道换热器结霜特性的研究集中在调整翅片的结构以实现更好的排水性能和更均匀的霜层分布,未来研究的重点在于开发抑霜性能 更好的微通道换热器和建立更高精度的仿真模型。     

纯钛基体长效超疏水表面的低成本制备

为降低钛基上超疏水表面的制备成本,提高超疏水表面的耐久性能,以喷砂-阳极氧化法在纯钛基体上构造微纳复合粗糙结构,并使用商用氟碳罩光漆直接对其进行修饰获得超疏水性表面。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和接触角测试等技术对超疏水性表面的化学组成、表面形貌、润湿性和表面耐久性进行了研究。结果表明:喷砂处理在钛基表面构筑微米级凹坑,阳极氧化通过形成网状氧化膜在钛基表面构造纳米级结构,氟碳罩光漆修饰该微纳复合粗糙表面后,为表面引入大量含氟基团,使其获得超疏水性能。超疏水性表面与纯水的静态接触角达162°±2.3°,滚动角为2.1°±0.2°,具有优异的环境耐久性。     

铝基表面超疏水材料的制备工艺、效果及耐蚀性

超疏水表面在自清洁材料、腐蚀防护及微流体运输等领域有着广阔的应用前景,目前对金属超疏水表面的研究较少,且制备方法较复杂,不能大面积制备。分别采用喷砂、阳极氧化、喷砂-阳极氧化等方法在铝基体表面构造粗糙结构并对其进行修饰,制备了超疏水表面,通过SEM、接触角及滚动角测定、腐蚀速率测定等分析了超疏水表面的微观形貌、疏水性能和耐海水腐蚀性能。结果表明:喷砂-阳极氧化法制备的铝金属表面具有微米-纳米二级结构,经氟化处理后,与水的接触角达158°,滚动角为1.5°,疏水性能良好;超疏水表面材料的腐蚀速率比铝材低1个数量级。     

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。     

铝合金超疏水表面的制备和包装应用探讨

通过铝合金与铜盐溶液发生置换反应,再采用低表面能的硬脂酸进行修饰,使铝合金表面具有了超疏水性能。用扫描电镜(SEM)对置换后的铝合金表面进行了表征,结果表明,置换后的表面具有微纳米结构,该结构对超疏水性能的产生起关键作用。同时,研究了置换时间及铜盐溶液配比对铝合金表面疏水效果的影响。通过该置换法可制备出超疏水效果较好的铝合金表面,接触角可达到161.9°,滚动角为4°,该表面在包装领域具有广泛的应用前景。     

MWCNTs改性复合超疏水涂层及其耐化学性能

以低表面能聚甲基苯基硅氧烷共聚改性的环氧树脂为基体,纳米SiO2和多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,制备了具有耐化学介质特性的复合超疏水涂层。研究表明,有机硅共聚改性环氧树脂基体接触角为101°,具有良好的附着力和较高的硬度;复合涂层具有明显的类荷叶表面微-纳米二级结构;当MWCNTs的含量为3wt%时,涂层的接触角可达154°,滚动角为5°;在80℃下,2500ppm的含硼水溶液中浸泡15h后,未经MWCNTs改性涂层的接触角降至143°,失去了超疏水性能,50h后,降至98°,基本失去了疏水性。经MWCNTs改性后的EPPM3涂层,浸泡15h后,仍保留完好的二级微-纳米结构,接触角仍高达151°;浸泡50h后,接触角降至132°,仍具有较高的疏水性。     

表面形貌对润湿性及抗附着性能的影响

为研究表面形貌对表面润湿性和抗附着性能的影响,采用激光刻蚀技术制备点阵微结构和仿生贝壳表面网格微结构,将SiO2纳米粒子涂覆在微结构上制备微纳结构。研究表明,Ti6Al4V合金表面经激光刻蚀后由亲水变为超亲水状态。经低表面能修饰后,点阵微结构表面符合Wenzel模式的疏水状态,而网格微结构表面符合Wenzel模式的超疏水状态。在点阵和网格微结构上涂覆SiO2形成微纳结构表面均符合Cassie模式的超疏水状态,且网格结构表面的接触角更大,滚动角更小。浅海挂板实验显示,微生物粘膜附着量由多至少的顺序为:超亲水状态的点阵微结构表面亲水的抛光表面超亲水状态的仿生网格微结构表面符合Cassie模式的超疏水表面。     

超疏水表面材料的制备与应用

仿生超疏水表面材料具有特殊微纳米结构,因此表现出自清洁、防污染等一系列优异性能.在荷叶、水黾腿、蝴蝶翅膀等自然界中超疏水性组织和器官的启发下,仿生超疏水表面材料的设计和研发的目标不仅在于模仿生物的功能结构,更主要的是制备组分和结构均可调的超疏水表面,从而获得既有疏水自清洁性,同时强度、耐热、耐酸碱等性能又十分优异的新材料.该类材料在国防、工业、农业、医学和日常生活中均有广阔的应用前景.从超疏水材料纳米界面的结构出发,分析材料的疏水原理及其制备方法,介绍了近几年来该材料的研究进展以及在管道无损运输、房屋建筑和防水等应用领域的探索,展望了其未来的应用方向和前景.