基于 SiO2及表征气凝胶的玻璃超疏水化改性

采用溶胶-凝胶技术结合酸碱两步法制得SiO2醇凝胶分散液,然后通过简单的旋涂法和常压干燥技术在玻璃表面上构筑SiO2气凝胶薄膜,从而一步法实现玻璃表面低表面能物质的修饰和粗糙结构的构建,赋予玻璃表面超疏水、自清洁的特性。考察制备条件是否老化对玻璃表面形成的SiO2气凝胶薄膜性能的影响。结果表明,经过60℃老化后的SiO2凝胶,在玻璃表面制备出的SiO2气凝胶薄膜具有更加优异的超疏水性能,静态水接触角可以达到165.6°,滚动角小于1°。     

纤维掺杂疏水SiO2气凝胶的制备与表征

采用溶胶-凝胶方法成功制备了陶瓷纤维掺杂的疏水SiO2气凝胶.陶瓷纤维在SiO2气凝胶中起骨架支撑的作用来提高气凝胶的机械性能.SiO2气凝胶的机械强度从没有掺杂纤维的1.6×104Pa提高到掺杂10%纤维的9.6X 104Pa,且掺杂10%纤维的SiO2气凝胶常温常压的热导率仅为0.029 W/(m·K).掺杂SiO2气凝胶的疏水性通过表面修饰也得到了极大的提高.     

小角X光散射法测定疏水二氧化硅气凝胶疏水层厚度

采用小角X光散射(SAXS)研究了疏水SiO2气凝胶X光散射特性.运用Porod方法、Shull-Roess平均粒径法研究了气凝胶疏水层厚度.计算结果表明气凝胶疏水层厚度在0.2～0.3mm之间,说明气凝胶的疏水层仅仅是由一层改性剂分子所组成,其凝胶骨架颗粒表面被疏水的甲基基团所覆盖.     

界面效应对小球藻在钛合金表面附着的影响

采用激光刻蚀技术在钛合金表面分别构筑网格、直线、点阵3种微结构,采用溶胶-凝胶法将纳米SiO2粒子涂覆在微结构上,制备分别具有微结构/微纳结构的疏水/超疏水表面.利用小球藻附着面积评价表面的抗海洋生物附着性能,利用动态冲刷实验评价小球藻的附着强度.结果显示:具有微结构的疏水/超疏水表面符合Wenzel模型,具有微纳结构的超疏水表面符合Cassie模型,且其表面抗附着性能更优,附着强度更小;网格表面的超疏水自清洁性能最强,抗附着性能最优,附着强度最小,其次是直线,再次是点阵;随着微结构间距的增大,接触角减小,滚动角增大,抗附着性能降低,附着强度增大.     

纳米多孔SiO_2气凝胶的表面修饰和吸附特性(英文)

采用溶胶-凝胶法,通过表面修饰等工艺,在常压条件下制备出高气孔率的疏水性 SiO2气凝胶。表面修饰能够调节气凝胶内部纳米多孔结构和增大比表面积。表面修饰采用三甲基氯硅烷,其 Si-CH3基团能取代原有气凝胶表面的 O-H 基团,使其具有疏水特性。用扫描电镜,红外光谱以及孔径分布仪对其结构和表面基团进行了表征,对其吸附特性进行了测试。结果表明,SiO2 气凝胶具有纳米多孔结构,且有较好的疏水特性,其吸附性能较活性炭纤维和活性炭颗粒高 3～4 倍,再吸附容量基本不变,是一种极好的高吸附材料,具有广阔应用前景。     

SiO2气凝胶隔热涂层织物的制备及性能研究

目的提高织物的隔热效果及抗紫外性能。方法以SiO2气凝胶和TiO2为功能粒子,采用聚丙烯酸酯、聚氨酯类粘合剂,在棉织物上制备涂层,研究功能粒子和粘合剂用量对涂层织物隔热效果的影响。结果当涂层剂中粘合剂和去离子水质量比为2∶8,气凝胶加入量为粘合剂和去离子水总质量的10%时,涂层织物的隔热性能最好,较原织物显著提高。此外,SiO2气凝胶-TiO2复合涂层的隔热性能也颇为优异。织物涂覆涂层后,与原织物相比,断裂强力基本不变,撕破强力略有下降,白度提高,抗紫外性能提高,摩擦牢度好。结论采用SiO2气凝胶、TiO2作为功能粒子对织物进行涂层涂覆,其隔热性能显著提高。     

超疏水结构对AZ91D镁合金微摩擦磨损性能的影响

目的 研究微/纳米复合超疏水结构的摩擦磨损机制,提高镁合金微摩擦磨损性能。方法 首先采用激光刻蚀获得微米结构,然后表面涂覆SiO2纳米颗粒,获得微/纳米复合结构,最后涂覆低表面能物质获得超疏水表面。用接触角测量仪测量超疏水表面的静态接触角,使用微摩擦磨损实验机分析超疏水表面的摩擦磨损性能,使用扫描电子显微镜观察表面磨痕形貌。结果 当载荷为1 N时,超疏水表面的摩擦系数约为0.04,基体表面约为0.06。随着载荷的增加,超疏水表面的摩擦系数逐渐与基体相近,并逐渐超过基体。随着时间的增加,超疏水表面的摩擦系数呈增加趋势,由0.04逐渐增加到0.08,基体试样没有明显的上升趋势。相同条件下,超疏水表面的磨痕宽度大于基体表面,但磨痕宽度的增大趋势小于基体表面。结论 微/纳米复合结构超疏水表面的摩擦磨损过程不同于光滑基体。超疏水表面的磨损首先发生于微/纳米凸起结构,之后发生于被微/纳米凸起填平的微米凹坑区,然后发生于激光加工热影响区表面,最后发生于镁合金基体。在所受载荷低于1~3 N时,超疏水表面微凸起结构能延缓超疏水表面摩擦磨损的发生,改善耐磨性能。     

溶胶-凝胶法制备超疏水性纳米复合防腐涂层

通过溶胶-凝胶旋涂法在不锈钢基底上制备了具有超疏水性能的介孔碳复合SiO2涂层。通过TEM,SEM及静态接触角、电化学测试技术(Tafel和EIS)等对其结构、疏水性能和耐蚀性等进行表征。结果表明:在不锈钢基底上形成了乳突状形貌,水在涂层表面静态接触角达到163°。该超疏水性SiO2/介孔碳复合涂层具有优良的防腐性能。     

疏水SiO_2气凝胶的常压制备

以乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)为先驱体,无水乙醇(EtOH)作溶剂,采用Sol-Gel酸碱两步法常压制备疏水SiO2气凝胶材料。使用X射线衍射仪、傅立叶红外光谱仪对SiO2气凝胶的结构进行表征,并通过视频光学接触角测定仪测出气凝胶对水的接触角范围为115°～150°,呈现好的疏水性能。同时研究表明,不同EtOH/VTES摩尔比以及不同酸、碱催化剂浓度对气凝胶的体积收缩率、体密度有较大影响。试验所获得的样品体密度大致分布在0.13～0.43g/cm3范围,体积收缩率分布在20%～70%之间。     

抽水蓄能机组过流表面超疏水涂层的制备及其阻垢防腐性能研究

目的提升过流表面的阻垢、防腐性能。方法通过电感耦合等离子光谱仪和离子色谱对江西某抽水蓄能电站过流表面垢质组成进行表征,分析垢质形成的主要因素。采用Q235低碳钢片模拟抽水蓄能机组过流表面,并通过在过流表面构筑超疏水表面涂层,来提升其阻垢和防腐性能。采用商品化的Zonyl?TM作为疏水改性剂,通过乳液聚合法制备改性Si O_2微球-含氟聚合物混合涂膜液。通过喷涂法在Q235低碳钢片上制备超疏水表面。通过挂片试验考察超疏涂层的阻垢、防腐性能。结果 Q235低碳钢片超疏水涂层表面水滴接触角达到了151.8°,表面能降低至5.1m N/m,水滴滚动角为7.8°,表现出良好的超疏水性。在挂片试验中,未涂覆超疏水涂层的钢片表面存在严重腐蚀,而涂覆超疏水涂层的钢片表面未见腐蚀现象。涂覆超疏水涂层后,钢片表面的结垢总增重从涂覆前的45 g/m~2降低至5 g/m~2,降低了88.9%。结论通过喷涂法在模拟过流表面经过一次涂覆成功制备了超疏水涂层,有效避免了表面的腐蚀,并显著减缓了表面的结垢。该方法在过流表面的阻垢、防腐方面展现出了良好的应用前景。     

固/液界面润湿性对线接触油膜润滑的影响

目的 优化表征固/液界面的表征参数。方法 应用AF和FAS修饰柱面滑块以获得不同润湿性的表面，并测量PEG200、150N和PAO6三种润滑油在AF、FAS和SiO2表面上的接触角、接触角滞后以及三种表面的表面自由能。通过对线接触润滑油膜厚的测量，评价固/液界面润湿性与油膜厚度的关联性。结果 润滑油为PEG200或150N时，在SiO2/SiO2接触副产生的油膜厚度高于SiO2/FAS接触副，而且接触角越小，油膜厚度越大；接触角滞后越大，油膜厚度越大。PEG200、150N和PAO6润滑油分别在SiO2/SiO2和SiO2/AF同一接触副时，呈现出几乎相同的油膜厚度。此时，接触角滞后与油膜厚度的关联性优于接触角。此外，润滑油在AF表面测得的接触角最大且接触角滞后最小，但产生的油膜厚度最大，该现象可以归因于油膜承载力/厚度与界面强度的非单调性。结论 在线接触流体动压润滑条件下，固/液界面的润湿性能够影响油膜厚度。界面表征参数接触角和接触角滞后，与油膜厚度的关联性都存在一定的局限性，但相对而言，接触角滞后的范围更大。AF界面特性与油膜厚度的关系，证明了疏油表面可以具有较好的成膜能力。     

The influence of blasting and sterilization on static and time-related wettability and surface-energy properties of titanium surfaces

Different studies have been focused on the interaction between the synthetic material/biological entities. Nevertheless it is not still understood how the different surfaces properties influence the biological response of the implants due to the lack of a thorough characterization. The aim of this work is to thoroughly characterize topographically and energetically the sterilized and polished or blasted titanium surfaces in order to elucidate, in further studies, their influence in surface/protein interactions. The ultimate goal is to define surface characteristics that optimize the biologic responses of implants. Focusing on the first events that occur when introducing an implant material, commercially pure Ti grit-blasted samples with different roughness and different sterilization procedures have been characterized in terms of the dynamic of surface wetting with water and different biological medium. Moreover, a complete and reliable characterization of roughness, wettability, chemical surface composition and surface energy of those materials has been done. The nature of the abrasive particles and the sterilization procedures are the main factors affecting the surface energy and the wettability of polished and blasted titanium surfaces. Steam autoclaving and ethylene oxide increase surface hydrophobicity, consequently the base-Lewis component of the surface energy is altered. Time-related contact angle results indicate that proteins adsorb on titanium surfaces and make them significantly more hydrophilic. Those results provide new insights into the complex relationships between the different parameters of titanium surfaces that govern their surface energy and their wettability behaviour.     

叶片表面微细观结构对润湿性的影响

目的 探究叶片表面微细观结构对其润湿性的影响因素,以及控制机理。方法 以银杏（Ginkgo biloba,G. biloba）、二乔玉兰（Magnolia soulangeana, M. soulangeana）和二球悬铃木（Platanus acerifolia, P. acerifolia）3种处于落叶期初段的叶片样本为研究对象,测量3种叶片正背面的接触角,结合环境扫描电子显微镜图像,对比分析不同叶片正面和背面微细观结构及其对接触角的影响。结果 实验结果表明,落叶期初段银杏、二乔玉兰和二球悬铃木叶片正面均表现出弱亲水性,接触角分别为54.40°～66.80°、57.93°～74.87°、55.73°～82.23°。在银杏叶片背面,无论是顺纹理还是逆纹理方向,均表现出疏水特征,顺纹理方向的接触角为122.63°～135.10°,逆纹理方向的接触角为103.03°～134.13°。二乔玉兰和二球悬铃木的背面为中性润湿,接触角分别为82.87°～96.37°、90.50°～97.47°。结论 不同类型叶片的表面微结构显著不同,同种类型叶片正背面微结构也表现出较大差异。3种叶片背面接触角均...     

表面粗糙度对硅橡胶材料表面超疏水性的影响

采用一种简单的方法制备出了硅橡胶超疏水性表面;将模具内表面做成一定的粗糙度;按照常规成型工艺,将液体硅橡胶浇注在模具内使其固化,待固化完毕后脱去模具,得到不同粗糙度的表面.经过接触角测量仪测定和扫描电子显微镜分析,结果表明:当硅橡胶表面粗糙度Ra=6.63 μm时,在其表面形成了类似于荷叶的乳突结构;在乳突表面还有亚微米级的小颗粒存在,形成了微米亚微米两级的粗糙结构,材料表面与水的静态接触角为153.5°,滚动角为8°,材料具有超疏水性;当硅橡胶表面粗糙度 Ra<6.63 μm时,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而增加,当Ra=6.63 μm,静态接触角出现最大值153.5°.当表面粗糙度Ra>6.63 μm,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而减小.     

疏水/超疏水Ti合金表面液滴的运动特性

采用激光加工技术在Ti6Al4V合金表面构建点阵微结构,利用自组装分子膜技术在微结构表面沉积低表面能物质,制备疏水/超疏水表面。采用自制测试系统测试液滴在试样表面的静态接触角和滚动角,用高速摄像机拍摄液滴滴落到试样表面的运动过程。结果表明,经激光加工和低表面能修饰可构建Ti6Al4V疏水/超疏水表面,其最大接触角为151.4°,表面静态接触角随点阵间隔的增大而减小;液滴静态接触角与液滴滴落高度相关,同一表面上的液滴静态接触角由最后一次滴落高度决定。液滴滴落到水平试样表面的铺展系数由试样表面粗糙度和静态接触角决定,表面粗糙度和静态接触角越大,液滴铺展系数越小。当滴落高度从0 mm增大到20 mm时,铺展系数的增大幅度约为50%。     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控（Ⅱ）

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景。目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平。然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用。对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构,同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用。针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性。     

液滴在球面的钉扎:宏观前进与后退角的预测模型

目的 利用液滴在二维平面所测得的本征前进与后退接触角(即气液界面与固液界面夹角),预测液滴在不同曲率半径球面上的宏观前进与后退角(即气液界面与水平面夹角).方法 基于吉布斯自由能、液滴体积、接触角和宏观角之间的关系,预测液滴在球面上的宏观角,并与试验数据进行对比验证.结果 液滴在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)平面的本征前进与后退接触角分别为(91±2)°与(55±3)°.对于处于前进或后退趋势的液滴,当体系吉布斯自由能值最小时,液滴在球面上的接触角等于其在平面上测得的本征前进或后退接触角,此时所对应的宏观角为宏观前进或后退角.因此,可利用体系自由能的最小值预测液滴在球面的宏观前进与后退角.结果 显示,当球面曲率半径为2、4、6、8 mm时,测得的液滴宏观前进角分别为(118±3)°、(110±2)°、(103±2)°、(100±2)°,宏观后退角分别为(82±2)°、(71±2)°、(64±3)°、(62±2)°,该结果与预测值吻合.结论 通过本征前进与后退接触角、液滴体积与球面曲率半径等已知量,建立了一个可预测液滴在球面上的宏观前进与后退角模型.     

具有超疏水表面的铜及铜合金耐蚀行为研究进展

随着铜及其合金的广泛应用,腐蚀问题也造成了巨大的社会和经济损失,超疏水表面处理是一种新型且非常有前景的金属防腐蚀方法。本文简要介绍了用于制备铜基超疏水表面的疏水材料和方法;重点分析了超疏水表面对铜及铜合金耐蚀性能的影响;归纳了超疏水表面防腐蚀的机理;总结了超疏水表面防腐蚀的技术障碍;最后提出了超疏水表面与缓蚀剂联合防腐蚀的新思路。     

液滴在仿"鸡皮疙瘩"表面的摩擦力动态调控

目的 利用机械拉伸和松弛在仿"鸡皮疙瘩"表面实现不同粗糙度的动态调控,并且利用毛细管投影传感技术(MPCP)定量表征液滴在仿"鸡皮疙瘩"表面的摩擦力,揭示液滴在固体表面的详细运动特征.方法 模仿人体鸡皮疙瘩现象,制备了混有聚苯乙烯(PS)小球的聚二甲基硅氧烷(PDMS)仿生表面,利用机械拉伸和松弛,动态调控表面微结构,实现了对表面微观结构不同粗糙度的可逆调控.同时,利用毛细管投影传感技术,定量表征了液滴在平面和条纹结构表面的摩擦力,详细讨论了两种表面在不同拉伸状态下的拉伸量与拉伸方向、液滴体积和移动速度对液固界面摩擦力的影响规律.结果 随着样品延伸率的增大,PDMS表面突出的PS小球数量更多、高度更大,使表面粗糙度增大,从而减小了摩擦力.但在拉伸方向(DS)和垂直方向(DV)的摩擦力大小不同,表现出各向异性.随着液滴尺寸增大,DS和DV两个方向的摩擦力也增大.在测试范围内,液滴的移动速度对液固界面摩擦力的影响可以忽略不计.结论 利用PS小球/PDMS混合物制备的模仿人体"鸡皮疙瘩"现象的仿生表面,由于模量差异,在外力拉伸下,PS小球突出表面,导致表面粗糙度增大,模仿了人体的"鸡皮疙瘩"应激反应.移除拉力,"鸡皮疙瘩"消失,实现了表面粗糙度的可逆调控.用毛细管投影传感技术定量表征固体表面的摩擦力,揭示了滚动角测试所无法揭示的液固界面作用规律.     

Electroplated super-hydrophobic Zn-Fe coating for corrosion protection on magnesium alloy

A superhydrophobic Zn-Fe alloy coating was prepared on the surface of a reactive magnesium alloy using a simple, low-cost, eco-friendly method. Firstly, the Zn-Fe coating was obtained in a neutral glycerol Zn-Fe plating solution, which is green, compositionally stable, and non-corrosive to the equipment. And then the superhydrophobic surface with a flower-like microstructure was obtained by grafting myristic acid onto the Zn-Fe coating via a chelation reaction. The water contact angle was >150° and the rolling angle was 3°-4°. The corrosion rate of the two groups of superhydrophobic magnesium alloy samples with electrodeposition time of 30 and 50 min, respectively, was reduced by about 87% compared to that of the bare magnesium alloy. The prepared superhydrophobic coatings exhibit high performance in self-cleaning, abrasion resistance, and corrosion resistance.