镁合金超疏水涂层研究进展

在镁合金基体上构建超疏水涂层可提高镁合金的耐腐蚀性能。介绍了镁合金超疏水涂层的研究进展、超疏水涂层的定义及其疏水原理,归纳了在镁合金基体上制备超疏水涂层的主要方法,对刻蚀法、喷涂法、水热合成法、溶液沉积法、电化学沉积法、溶液-凝胶法等方法进行了重点论述,讨论了各种制备方法的优缺点,分析了目前超疏水涂层制备及应用中所存在的主要问题。结合镁合金超疏水涂层的最新研究进展,指出了镁合金超疏水涂层未来研究及发展趋势是构建双层以及多层粗糙结构的表面,达到提高超疏水涂层的机械性能以及化学稳定性的目的。     

光催化型超疏水自清洁涂层研究现状

光催化型超疏水自清洁涂层是在超疏水涂层的基础上通过物理、化学方法复合光催化材料获得光催化性能，使涂层可以在光照作用下将有机附着物进行分解并通过超疏水表面达到自清洁的效果。本文对国内外光催化型超疏水自清洁涂层的构建方式进行总结，将其归纳为表面构造法、共混法、包覆法3类，构造方法的不同对涂层性能的影响方面也有所区别。与单一功能的超疏水涂层相比光催化型超疏水自清洁涂层更能解决实际应用中所面临的问题。此外，本文对光催化型超疏水自清洁涂层的相关性能进行了横向对比，对影响涂层性能较为关键的耐久性能进行了整体的整理分析，并归纳了目前研究当中的光催化型超疏水自清洁涂层的机械耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性和自愈性能，分析了其耐久性提升机制。最后，对光催化型超疏水自清洁涂层未来的应用前景进行了展望，建议从超疏水-光催化协同作用机制、基底结合强度提升、成本控制和复合涂层自修复等方面对光催化型超疏水自清洁涂层进行研究。     

超疏水表面服役稳定性的研究进展

目的 超疏水表面脆弱、耐久性差且难以修复等情况一直是超疏水涂层在实际应用过程中面临的最大挑战，通过总结和分析找到解决这一问题的方法。方法 本文对超疏水涂层可能遇到的破坏和对应的耐久性类型进行了系统分析和总结，针对每种耐久性类型分别归纳出多种测试方法并对每种测试方法对应的控制参数进行了详细阐述，对不同耐久性类型和测试方法也分别进行了详细的举例说明。结果 针对超疏水涂层耐久性差的问题，本文总结出两类提高表面耐久性的方法，分别是是提高超疏水涂层的机械稳定性和赋予涂层良好的自修复能力。提高涂层机械耐久性的方法包括构造多层次分层结构、提高涂层与基底的黏结能力、构建自相似超疏水表面，记忆建立“盔甲”结构等。自修复能力包括粗糙结构的自修复、低表面能物质的自修复、整体的自修复。结论 有了强机械稳定性，超疏水涂层在面对破坏时也有了更好的抵御能力。而具备良好的自修复能力，则可以保障涂层在被破坏后仍可以恢复至超疏水状态。此外，本文还对超疏水涂层的未来发展进行了展望，即找到一种满足各种耐久需求、低成本、适合大面积生产的超疏水表面制备方法。     

金属基底力学耐久性超疏水涂层的研究进展EI北大核心CSCD

在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题。此外,超疏水涂层还能赋予其自清洁、润滑减阻、油水分离等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。然而,超疏水涂层差的耐久性极大地限制了其实际应用。因此,制备具有力学耐久性的超疏水涂层是实现其广泛应用的关键。本文综述了近年来有关金属基体上力学耐久性超疏水涂层的研究进展。首先从超疏水表面基本原理出发,分析了超疏水涂层的失效机制,归纳了金属基底耐久性超疏水涂层的制备方法,从被动抵抗和主动修复两个角度重点介绍了力学耐久性超疏水涂层的实现策略,并总结了超疏水涂层力学耐久性的评价方式,最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了总结。     

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。     

超疏水表面激光加工技术研究进展EI北大核心CSCD

超疏水表面作为最具代表性的功能性表面得到广泛的应用,激光加工技术凭借超高加工精度和高度可控等特性,成为制备超疏水表面微纳尺度结构的有利工具。已有大量相关试验研究,但鲜有对加工机理和方法等进行归纳总结。从润湿理论出发,分析超疏水表面激光加工技术研究现状。按照微纳结构成型方式,归纳总结增材和减材激光加工制备超疏水表面的成型机理。基于成型机理系统梳理超疏水表面制备的研究进展。分析制备过程中影响材料表面超疏水性的因素。针对超疏水表面机械稳定性问题,梳理改善和提高表面机械稳定性的方法。简述超疏水表面研究中存在的问题及其发展趋势,指出试验研究结果的规律性总结的局限。与仅论述激光减材制备超疏水表面的综述类文章不同,从增材和减材两个方面论述激光加工制备超疏水表面的机理,详细分析激光减材制备超疏水表面的制备方法和表面疏水性影响因素,对未来激光加工制备超疏水表面更深层次的研究具有指导意义。     

耐久超疏水涂层的制备及其防冰防腐自清洁性能

超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等领域具有广阔的应用前景,然而目前仍无法大规模制备稳定的超疏水表面。提出一种操作简单、成本低廉的方法,在铝合金基材上通过一步喷涂法制备出耐磨超疏水涂层。首先在铝合金基体表面涂覆环氧树脂粘结层,待其达到半固化状态时,喷涂硬脂酸修饰的微米 SiO₂ 和纳米 TiO₂ 粒子混合悬浮液,固化后该涂层与水的接触角为~ 155.4°,滚动角为~3°,实现了超疏水性。试验结果表明,该超疏水涂层具有较好的耐磨耐久性,在胶带剥离、砂纸摩擦、 紫外光长时间照射以及不同 pH 液滴等多种测试条件下仍具有良好的超疏水性。此外,此超疏水涂层在极端寒冷的天气下可以显著延缓水的冻结时间。环氧树脂和疏水颗粒的协同防腐作用使超疏水涂层在海水中表现出良好的防腐蚀性能。所制备的超疏水涂层还具有优异的自清洁特性,且因 TiO₂ 粒子本身的光降解性能,该涂层还可用于光降解污染物和净化水质。这种简单、环保的超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等方面具有潜在的应用前景,可为克服传统超疏水表面使用耐久性差的问题提供解决思路。     

防冰涂层材料及电力材料防覆冰应用的研究进展

防冰涂层材料可有效减轻自然界结冰现象的影响,其通过防冰材料低表面能或高润滑性的特点,降低在低温严寒天气条件下物体表面冰的粘附强度,延迟材料覆冰时间,减少表面覆冰量,在保护电力材料免受冰冻灾害影响方面有着重要应用价值.基于热喷涂法制备的复合型表面防冰涂层材料,以及主被动相结合的防覆冰方法,是未来电力材料防覆冰应用发展的重要方向.然而截止目前,有关复合型表面防冰涂层材料的热喷涂制备,以及涂层在电力材料防冰中应用的研究进展综述鲜见报道.从超疏水材料与光热、电热除冰相结合的除冰方式,及超疏水-超润滑复合材料实现防冰除冰的角度出发,对近年来国内外复合防冰涂层的制备及性能的研究进展进行了综述,并重点讨论了适合于热喷涂制备的复合型涂层的防冰除冰效果.最后,讨论了超疏水防冰涂层、复合型防冰涂层在电力材料表面防覆冰方面应用的研究进展,并对热喷涂法制备防冰涂层在的局限性问题进行了总结,对其应用前景进行了展望,希望在复合型防冰方面进一步开展研究,为电力材料表面防冰涂层的未来发展提供指导.     

金属基体上超疏水表面的制备及其机械耐久性的研究进展

在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题,同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重限制了其实际应用。归纳了在金属基体上制备超疏水表面的基本方法,对化学刻蚀法、阳极氧化法、电化学沉积法、水热法、喷涂法等5种典型方法进行了重点综述,讨论了其优劣势,并结合最新研究进展,提出低表面能改性剂的绿色环保化和一步法制备超疏水表面是未来的发展趋势。针对超疏水表面机械耐久性的问题,分析了机械磨损导致超疏水材料失效的原因,总结了机械稳定性的测试手段和评价机制,然后立足于机械稳定性和化学稳定性两个关键因素,提出提高金属基体上超疏水表面的机械耐久性,延长服役寿命的4种基本方法:1)精细设计微纳米多级复合结构;2)引入粘结层以加固表面微观结构;3)不使用低表面能物质,仅靠粗糙结构实现超疏水;4)构建自修复表面。最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望。     

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。     

超疏水铝合金表面的制备及耦合机理分析

为制备超疏水铝合金表面,采用高速电火花切割技术在铝合金表面加工类水稻叶表面的沟槽结构。通过扫描电子显微镜(SEM)观测材料表面形貌,采用接触角测量仪表征水滴在材料表面的疏水性和黏附性。结果表明： 铝合金表面形成了排列规则的微米级沟槽结构,沟槽突起和底部覆盖着微米级凹坑、突起物和纳米级错层等结构。铝合金试样表面的接触角由加工前的61.24°提高至157.71°,最大达165.36°,实现了材料表面亲水向超疏水的转变。提拉法表明加工的铝合金表面具有高黏附特性。将测得的接触角与CassieBaxter模型计算的理论值进行比较,发现试样表面的超疏水性是微米级和纳米级等复合结构共同耦合作用的结果。铝合金试样表面的多尺度结构不仅提高了材料表面的疏水性能,同时也形成了试样表面的高黏附特性。     

水性超疏水复合涂料的制备及其机械稳定性

目的为了实现超疏水表面在实际生产生活中大规模应用,研制了一种具有大面积、低成本、可设计性和无有机溶剂等优点的水性超疏水涂料。方法以纳米级的气相二氧化硅和水性氟碳树脂为主要原料,以水为溶剂,通过氟硅烷疏水改性后获得了一种具有自清洁效应的超疏水涂料,借助场发射扫描电子显微镜、接触角测量仪、延时拍摄等手段对其进行了表征。结果该水性涂料可喷涂于各种软硬表面获得超疏水表面,其接触角均大于150°,滚动角均小于10°。水滴撞击实验表明,树脂增强的超疏水涂料经总体积为600 m L的连续水滴撞击后,其静态接触角依然大于150°,滚动角依然保持在10°以内。经砂纸打磨40周期后,水滴依然可以从其表面滚落。结论研制了一种以水为主要溶剂且价格低廉的水性超疏水涂料,将其喷涂于各种软、硬基底上均可获得均匀的超疏水涂层。该涂层还可以通过添加水性树脂来有效地增强其机械稳定性。     

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...     

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。     

High-speed wire electrical discharge machining to create superhydrophobic surfaces for magnesium alloys with high corrosion and wear resistance

Herein, a superhydrophobic surface of AZ31B magnesium alloy prepared by high-speed wire electrical discharge machining and modification with stearic acid is reported. The surface morphology and wettability of the superhydrophobic surface were investigated by scanning electron microscopy and optical contact angle measurement, respectively. A uniform micro-/nanopetal-like structure was shown within the superhydrophobic surface, resulting in a contact angle of 151 ± 0.5° and a sliding angle of 4 ± 0.5°. Notably, the superhydrophobic surface had better corrosion resistance than the bare magnesium alloy, and its corrosion current density was reduced by nearly one order of magnitude. Under both dry and wet friction conditions, the friction coefficient of the superhydrophobic surface was lower than that of the bare magnesium alloy surface, with a much lower wear loss. In addition, the friction coefficient of the superhydrophobic sample was lower than that of the bare magnesium alloy sample under both the dry and wet friction conditions. Thus, the superhydrophobic sample experienced reduced wear and had a low wear rate.     

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。     

硫醇改性超疏水铜表面的耐候性及失效机理

目的 探究户外环境中导致硫醇改性超疏水铜表面失效的因素及其超疏水性失效的机制。方法 通过化学刻蚀法在铜表面构筑纳米结构，利用正十二硫醇进行表面改性，得到具有超疏水性的铜表面。将该表面置于户外进行耐候性研究，并通过4种模拟户外环境实验探究超疏水性失效的原因，包括组合循环实验（循环条件含紫外辐射、淋雨和凝露）、紫外辐射实验、水环境实验和温度实验。结果 超疏水铜表面经过10 d的户外实验后，其接触角由初始状态的158.5°降至131.1°，表明该表面的超疏水性能已失效。经过2次组合循环实验（每次循环的时间为12 h）、20 d紫外辐射实验及30 d水环境实验后，该表面的接触角分别降至130.3°、124.5°、131.7°，表明该表面均已失去超疏水性；经过40 d高温实验后，表面的超疏水性开始失效。XPS谱图表明，在超疏水性失效后该表面不存在硫元素，即正十二硫醇已经脱离表面。结论 超疏水铜表面的硫醇分子脱落是超疏水性失效的根本原因。紫外辐射、水和高温是导致超疏水铜表面超疏水性失效的主要因素。其中，紫外辐射或水对超疏水性的破坏速度比高温快。相较于单一因素（紫外辐射、水或高温），三者的协同作用更...     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

电化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面及其润湿性转变

目的通过简易环保的方法在铝合金基体上制备超疏水表面。方法采用电化学刻蚀和空气中保存法在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和光学接触角测量仪对所得样品的微观形貌、表面粗糙度和润湿性进行分析。结果水滴在铝合金表面的接触角随着保存时间的增加而增大,电化学刻蚀所得超亲水表面逐渐表现出超疏水特性。12 d后表面趋于稳定,水滴在铝合金表面的接触角和滚动角分别为(152.3±4.5)°和(6.4±2.2)°。随着电化学刻蚀时间的增加,铝合金表面的润湿性减小。热处理可以使超疏水表面转为超亲水表面,在空气中保存后表面又恢复疏水性。结论试验所用中性环保的NaCl溶液作为电解液,极大地降低了试验对人体和环境的危害。并未使用有害的二次化学涂层作为表面能修饰材料,提高了试验的安全性和超疏水表面的稳定性。通过此简单环保的电化学刻蚀和空气中保存的方法成功地在铝合金基体上制备出了超疏水表面,所得表面展现出良好的疏水特性。