激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

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。     

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°。     

铝基彩色超疏水表面制备

先用电化学刻蚀在铝表面加工出超疏水性所需的微纳米粗糙结构,再通过直流阳极氧化在微纳米结构表面形成氧化层,并在高锰酸钾和硫酸的混合溶液中进行电解着色,最后通过氟硅烷修饰降低表面能后即可获得彩色的铝基超疏水表面。对样品表面的微观形貌、化学成分及润湿性进行了表征,结果表明:当电解加工时间为4 min时,铝表面颜色较暗,其超疏水性一般,水滴与表面的接触角达到153.1°,滚动角为1°;当电解加工时间为3 min时,铝表面为黄褐色,有较好的疏水性能,水滴与表面的接触角达到157.2°,滚动角为1°。     

激光图案化铝合金表面的润湿性和各向异性研究

目的 研究水滴在超亲/超疏水图案化铝合金表面润湿性、滚动阻力各向异性和定向运输特性。方法 采用激光刻蚀和氟硅烷修饰的方法,加工出具有微网格图案的超疏水6061铝合金表面。在超疏水铝合金表面再次激光刻蚀加工出长方形、平行四边形和圆形的超亲水微流体通道。研究了亲水沟槽宽度和深度对超亲/超疏水表面各向异性润湿和各向异性滚动的影响,分析了重力作用下水滴沿微流体通道的运动情况。利用SEM、三维轮廓仪观察铝合金表面形貌。利用接触角测量仪观测水滴与表面的接触角与滚动角大小。利用高速摄像机观察水滴的运动情况。结果 水滴在超亲/超疏水铝合金表面表现出明显的润湿性各向异性和滚动阻力各向异性。10μL水滴在0.1 mm宽度的直线型沟槽上铺展,平行接触角θ_cp仅为93.9°;而垂直于线型沟槽方向,垂直接触角θ_cv却为152.6°。平行滚动角θ_rp为21.5°,而垂直滚动角θ_rv大于90°,水滴无法滚落。基于超亲/超疏水表面滚动阻力各向异性的特性,制备了依靠重力驱动实现微流体定向运输的铝合金表面。结论 亲水沟槽宽度对水滴在超...     

电沉积快速制备铜枝晶超疏表面

超疏表面通常采用低表面能和微纳米结构相结合的方法来进行构建。利用含有硫酸铜与硫酸的水溶液,通过电沉积方法制备微纳尺寸的铜枝晶结构,然后通过十四酸的无水乙醇溶液修饰晾干后,制备出阴极超疏水表面。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线(XRD)、接触角测量仪等测试所制备表面的表面结构、化学组成和超疏特性。结果表明:制备超疏表面所需的最短时间仅为20 s,最大的接触角为166°,滚动角小于2°;超疏表面由具有致密、规则的铜枝晶结构组成。这种制备超疏表面的方法快速、简单、易操作及成本低,所制得的超疏表面也易修复,具有较大的工业应用前景。     

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.     

TC4钛合金超疏水表面/超润滑表面的制备及防冷凝性防冰性能研究

目的 为研究疏水表面与润滑表面的防冷凝及防冰机理，拓宽TC4钛合金在航空航天、医疗、化工石油、船舶制造等多个领域的应用。方法 采用阳极氧化法，在TC4表面构建了不同粗糙微结构，利用扫描电镜和原子力显微镜分别对表面形貌和粗糙度进行表征，对表面进行氟化和注油后，应用接触角测量仪测试表面的接触角、滚动角和滑动角，并在恒温恒湿箱内对氟化超疏水TC4表面和注油超润滑TC4表面的冷凝行为和结冰行为进行观测。结果 以HF溶液为电解液，10 V恒定电压下，在TC4表面制备得到了突触状微结构，20 V恒定电压下制备得到了排列有序的纳米管状结构。氟化改性后，纳米管状结构TC4表面接触角可达156.1°，滚动角为8°，表现为超疏水性。注油后的纳米管状超润滑TC4表面接触角为109.1°，滑动角为2°，表现为超润滑性。在冷凝测试中，超疏水表面出现了液滴自发滑移和自发跳跃行为。在结冰测试中，注油后的纳米管状超润滑TC4表面比其他测试样品表面具有最长的结冰延迟时间45s和最低冰黏附强度8.8 kPa。结论 超疏水TC4表面比其他测试样品表面具有更加优异的防冷凝性，进行注油润滑后，超润滑表面的防结冰性优于超疏水表面...     

超防垢复合涂料的制备及其特性研究

目的 表面结垢行为是影响海上油田石油开采的重要因素之一,为了解决这一问题,设计并研制了一种可大规模喷涂的超防垢复合涂料。方法 以超疏水二氧化硅纳米粉、硅微粉、醋酸丁酯和丙烯酸树脂为主要原料,采用两步喷涂工艺技术制备具有超疏热水特性的超防垢复合涂料,通过接触角测量仪、延时拍摄手段和沸水蒸发结垢实验分别评价了涂层的润湿性、耐磨性、自清洁特性、防垢防腐特性,并且借助场发射扫描电子显微镜和体式显微镜对其表面形貌的变化进行表征。结果 将该复合涂层喷涂于N80钢片表面后,其表面上95℃热水的接触角大于150°、滚动角小于10°。该复合涂层在经砂纸打磨70周期或10h的水冲实验后,接触角大于150°,说明表面仍保持了优异的疏水性能。沸水蒸发结垢实验表明,与未处理的N80钢片相比,该复合涂层在沸水结垢实验50 h后,表面无明显结垢现象,阻垢率约为98.00%,且仍然保持优异的超疏热水特性。在经王水浸泡60 min和1 mol/L氢氧化钠溶液浸泡12 h后,接触角大于150°,说明表面具有优异的抗化学腐蚀性能。结论 研制了一种超防垢复合涂料,喷涂于N80钢片后获得的超疏热水涂层具有优异的疏热水特性、高温...     

超疏水表面高效制备方法及其在养殖工程中的应用

目前规模养殖业中养殖舍内灰尘、皮屑、粪污沾染问题严重,严重影响了环境清洁与动物健康。金属超疏水表面由于具有的特殊性质,有望成为改善养殖环境的重要手段。以鸭羽表面结构为仿生原型,以不锈钢为基底材料,利用激光加工方法制备仿生结构,同时利用低温硅油-热处理方法改变表面化学。最后通过超景深显微镜、SEM、XPS、接触角测量仪等对表面的理化性质进行测试。结果表明,通过表面结构与化学的双重影响,制备后的表面获得较好的超疏水性（接触角156.8°,滚动角2.7°）,表面的自清洁性获得大幅提升,同时表面粪污粘附情况得到明显优化。通过激光-硅油热处理工艺,加工效率与经济性相比于传统超疏水表面制备方法得到显著提升,且制备过程清洁环保,可为仿生超疏水功能表面在养殖工程中的应用提供重要支持。     

超疏水/超亲油铜网表面的一步法制备及其油水分离应用

以紫铜网为基体材料,通过阳极氧化一步法,制备了超疏水/超亲油铜网表面,利用热场发射电子显微镜、X射线光电子能谱分析仪、接触角测量仪和万能力学测试机对表面的微观结构,化学成分,润湿性和剥离强度进行表征。结果表明：当阳极氧化电压为10 V时,表面具有明显的微/纳二元粗糙结构,化学成分为豆蔻酸铜;表面上水滴接触角为153°±2.3°,且水滴在表面上的受到的粘附力极低,滚动角为7.5°,油滴接触角为0°;豆蔻酸铜牢固地附着在铜网上,表面具有良好的机械稳定性。油水分离试验表明,制备的超疏水/超亲油铜网对不同种类的油水混合液具有很好的分离效果,分离效率均达到96%以上;经过10次循环试验后,对煤油/水混合液的分离效率仍可达到90%以上,具有良好的可循环使用性。     

乙醇辅助激光一步法制备硬质合金疏水表面

目的 在YT15硬质合金刀片上制备出具有疏水特性的织构表面.方法 在静态的无水乙醇环境中,利用光纤激光打标机,在YT15硬质合金刀片上制备织构,制备好的织构表面不做任何改性处理.根据织构表面形貌、织构表面化学成分,分析加工环境及激光参数对织构表面润湿性的影响.结果 无水乙醇辅助激光制备的织构表面表现出了疏水特性,疏水角的大小受激光参数影响.激光功率增大,织构表面接触角随之增大,功率为12～20 W时,接触角为112.5°～126.9°;激光扫描速度增加,织构表面接触角随之减小,扫描速度为0.5～2.5 mm/s时,接触角为118.3°～125.7°.当加工次数为1,激光频率为200 kHz,扫描速度为1 mm/s,功率为20 W时,织构表面的接触角最大,为126.9°.结论 无水乙醇环境中,采用激光技术在YT15刀片上制备出了新型的环形凸起微纳织构.与无织构表面相比,织构表面C原子明显增加,表现出了疏水特性.织构表面接触角的大小与织构形貌有关,环形凸起织构密度越大,接触角越大.环形凸起织构的密度受激光参数影响.织构形貌及表面化学成分决定了表面的润湿特性.     

超疏水超亲油Cu-Ni复合镀层的制备及油水分离应用

针对目前超疏水超亲油表面制备工艺复杂、成本高等问题,采用工艺简单、可控性强的电化学沉积法制备出不锈钢网基底超疏水超亲油表面。通过在不锈钢网表面进行铜镍共沉积,得到一种叶片状的微纳米级粗糙结构,再利用正十二硫醇乙醇溶液对镀层进行表面修饰,最终获得超疏水超亲油Cu-Ni复合镀层。利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测试仪、X射线能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对镀层表面微观形貌、浸润性以及化学元素组成进行表征分析。结果显示,制备的Cu-Ni复合镀层水接触角为155°±2°,油接触角为0°。对润滑油油水分离效率高达98%,且连续分离2 h后,分离效率仍高于95%,表现出稳定高效的油水分离性能。该制备方法耗时短、成本低,有潜力应用于规模化工业生产。     

基于静电喷雾法制备油水分离的超疏水表面研究

目的 提出一种静电喷雾法制备超疏水表面而实现油水分离的方法。方法 利用静电喷雾法将二氧化硅微粒喷涂到不锈钢网表面以构建微粗糙结构，利用氟硅烷降低二氧化硅微结构涂层的表面能。探讨静电喷雾的电压、喷涂时间、二氧化硅粒径、溶液pH、浸泡时间等参数，对表面微结构和疏水性能的影响。通过扫描电镜表征样件表面形貌，通过接触角测量仪测量超疏水不锈钢网表面的疏水性能。利用超疏水不锈钢网实现油水分离以检验装置的浮油收集能力。结果 二氧化硅微粒能够在不锈钢网表面喷涂形成均匀粗糙的微结构。在6 kV静电压下，雾化喷涂粒径为25 nm的二氧化硅所获得的超疏水不锈钢网的接触角达161°，在不同pH溶液中浸泡15 d后，接触角仍大于150°，浸泡35 d后，接触角仍大于未处理的不锈钢网。该网可以收集97%以上的柴油和煤油及90%以上的汽油和茶油，且重复使用20次后，仍保持粗糙的表面微结构和高油水分离率。结论 采用静电喷雾法能简单高效地获得超疏水表面，且具有较好的化学稳定性和有效的油水分离能力，具有很广的应用前景。     

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.     

超疏水Co-MoS2复合镀层的制备及其性能

采用一步电沉积法制备了具有优异耐磨耐蚀的超疏水Co-MoS₂复合镀层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、接触角测试仪及电化学工作站等系统研究了电流密度和电沉积时间对复合镀层的微观形貌结构、润湿性、自清洁效果、耐磨和耐蚀性能的影响规律及机理。结果表明,当电流密度为20 A/dm²,电沉积时间为30 min时,Co-MoS₂复合镀层实现超疏水效果,接触角达到最大值约151.4°,具有良好的自清洁防污性能。在2.5 kPa压力下与800 目砂纸摩擦1200 mm后,镀层表面仍具有高于146°接触角的良好疏水性,表现出优异的耐磨性能。该超疏水复合镀层还具有较好的耐腐蚀性能。一步电沉积法简单、经济高效且环保制备了高性能超疏水复合镀层,可望实现超疏水材料的实际应用。     

绿色环保型超疏水涂层的研究进展

针对近期发表的绿色环保型超疏水涂层相关研究进行总结，从绿色环保型超疏水涂层的制备方法、研究进展和应用领域3个方面进行了综述。介绍了现阶段绿色环保超疏水涂层的制备原理和制备方法，简要概述了通过涂覆法、模板法、刻蚀法、静电纺丝法等制备方法的代表性应用研究，并分析了各自的优点以及目前存在的问题。着重介绍了天然蜡类、脂肪酸类、纤维素类和生物质类绿色环保型超疏水涂层的相关最新进展和制备方法，对不同种类的环保疏水涂层的优劣势进行了详细的分析。最后，对目前绿色环保超疏水涂层在自清洁、防腐以及油水分离涂层领域的应用进行了总结，针对目前绿色环保型超疏水涂层应用中所存在的问题提出了进一步研究的建议，并对未来的发展趋势进行了展望。     

TSA协同HCl化学刻蚀铝片构筑低粘附超疏水表面及其稳定性

目的 通过化学刻蚀法制备铝基超疏水表面,并提高其机械稳定性和化学稳定性。方法 以盐酸（HCl）为主刻蚀剂,对甲苯磺酸（TSA）为辅助刻蚀剂,通过化学刻蚀法构筑铝片微-纳米结构,涂覆硬脂酸后制备超疏水铝。探讨最佳刻蚀时间和浓度,通过FESEM、EDS和ATR-FTIR对铝片的表面结构和化学组成进行分析。利用接触角测量仪、电化学工作站和线性耐磨实验分别对铝表面的润湿性、耐腐蚀性和机械稳定性进行研究,并探讨铝在3.5% NaCl溶液中的化学稳定性。结果 当TSA浓度为0.2 mol/L,刻蚀时间为8.0 min时,获得的超疏水表面接触角（CA）最大,为167.9°,滚动角（SA）为6.3°,对应的腐蚀电位较裸铝正向移动了742 mV,腐蚀电流密度降低了1个数量级。此外,该超疏水表面还具有良好的机械稳定性和化学稳定性,经砂纸磨损70 cm后,接触角仍高达155.9°。模拟海水环境测试化学稳定性发现,将其浸泡在3.5% NaCl溶液中,20天仍维持在一种粘附超疏水状态。结论 通过调节化学刻蚀时间和TSA浓度在铝基表面制备得到微-纳米粗糙结构,硬脂酸改性后,获得具有超疏水性能的复合表面。该超疏水铝表面兼具优异的机械稳定性和化学稳定性能,并可以在高盐环境下保护铝基体。     

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。     

结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性

研究结霜前期水蒸气在超疏水表面的凝结-冻结特性,有利于揭示超疏水表面的抑霜机理以及加深对结霜过程的认知。利用溶液刻蚀-沸水法制备了具有纳米结构的铝基表面,水滴与其形成的接触角达161.1°。通过微细观可视化观测,揭示结霜前期纳米结构超疏水表面的凝结-冻结特性,并与接触角为86.5°的裸露铝表面进行了对比分析。结果表明,超疏水表面凝结液滴的形状、尺寸和分布密度与裸露表面均存在差异,且液滴的冻结时间和冻结速率也不同。超疏水表面的液滴从17 min开始冻结,直到26 min才全部冻结,而裸露表面的液滴在4 min内就全部冻结。超疏水表面的纳米结构导致其与凝结液滴间的热阻增大,导热过程被削弱,从而抑制了液滴的生长与冻结。