基于微铣削的微结构尺寸与形状对PMMA表面疏水性的影响

目的 研究不同微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA表面疏水性的影响.方法 使用精密微铣削方式,在光滑PMMA表面加工微沟槽、方柱、圆形及椭圆形阵列,并将测量的水滴的接触角和形状作为表面疏水性的表征指标.结果当微沟槽阵列的微槽宽度B、凸台宽度C及微槽深度H分别在84.86～208.77μm、36.22～133.94μm、63.76～136.60μm变化时,垂直接触角θ⊥分别在129.4°～143.5°、138.3°～124.0°、125.8°～141.8°变化,平行接触角θ∥分别在62.3°～69.6°、75.0°～66.3°、81.5°～72.0°变化;当微方柱阵列的B、C、H分别在70.76～138.99μm、47.52～128.04μm、70.84～175.94μm变化时,接触角θ分别在130.3°～102.1°、114.9°～129.5°、105.7°～119.7°变化.水滴在微沟槽和椭圆形阵列表面的形状为椭球冠状,在微方柱和圆形阵列表面为球冠状.结论 微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA 表面疏水性有不同影响,且θ⊥的变化都比θ∥的变化更为明显.钉扎效应对水滴的形状有很大的影响,对于微沟槽阵列的槽垂直方向和椭圆形、圆形阵列,钉扎效应对水滴的形状起主导作用;对于微沟槽阵列的槽平行方向和微方柱阵列,水滴形状则受钉扎效应与固液气三相接触线不连续性的共同影响.研究结果有望为设计功能可控仿生微结构提供技术支撑.     

基于飞秒激光和自组装技术提高树脂涂层疏水性的工艺

目的 针对超疏水涂料功能持久性差的问题,提出一种将飞秒激光加工技术与微球近场效应原理相结合在氟化有机硅树脂表面制备微纳米仿生结构的解决方案。方法 模仿蝴蝶翅膀鳞片微结构特征,以平滑的氟化有机硅树脂表面为基体,采用纳米自组装技术在其表面生长一层二氧化硅微球薄膜,然后设置飞秒激光器的参数,利用激光脉冲能量加工单层二氧化硅微球薄膜,二氧化硅微球颗粒对激光能量有进一步的聚焦加强作用,可以加工微纳米尺寸的结构。重点研究激光功率和扫描速度等参量对氟硅树脂图案形貌及疏水性的影响,并对比分析超疏水涂料和仿生微纳米表面的疏水功能持久性。结果 激光扫描速度和功率参量对仿生表面疏水性能的影响较大,在激光功率为9 mW、扫描速度为10 mm/s、加工间距为10μm时可以获得最佳疏水性能,其接触角达到150°以上,通过常用的摩擦磨损测试实验,对比分析实验结果发现,氟硅树脂层经历200～1000次摩擦后,其接触角（CA）的下降幅度低于传统涂料组,说明具有仿生纳米坑结构的表面的耐磨性更强。结论 利用飞秒激光加工的纳米微孔阵列结构可以明显提高氟硅树脂的疏水特性,并具有优异的持久性。     

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。     

Comparison of the corrosion behavior of copper tubes in formic acid and acetic acid environment

Carboxylic acids with different carbon chains have different corrosion behaviors on copper tubes. In this paper, corrosion behavior and corrosion mechanisms of copper tubes in formic acid (HCOOH) and acetic acid (CH₃COOH) were analyzed by vapor corrosion tests, electrochemical tests, contact angle examination, optical microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and X-ray diffraction. The corrosion process of copper tubes in the HCOOH environment is more complex than in the CH₃COOH environment and HCOOH is easy to cause “ant nest” corrosion on copper tubes. The corrosion rate is faster and the surface of the copper tube is more easily corroded in the CH₃COOH environment due to the formation of unstable and loose corrosion products, Cu(OH)(CH₃COO)₂·2H₂O. The results of the contact angle examination showed that the contact angles of HCOOH and CH₃COOH on copper tube surface were 25° and 9°, respectively, which means that CH₃COOH is more likely to be absorbed by the surface of the copper tube evenly. Differences in the wettability of these two carboxylic acids with copper tubes are the main reason for the different corrosion phenomena. The corrosion mechanisms of copper tubes in carboxylic acid are also discussed.     

Pb-Free Solders: Part III. Wettability Testing of Sn-Ag-Cu-Bi Alloys with Sb Additions

Maximum bubble pressure, dilatometric, and meniscographic methods were used in the investigations of the surface tensions, densities, wetting times, wetting forces, contact angles, and solder-flux interfacial tensions of liquid Sn-Ag-Cu-Bi alloys with various additions of Sb. Density and surface tension measurements were conducted in the temperature range 230 to 900 °C. Surface tensions at 250 °C were measured in air and under a protective atmosphere of Ar-H₂ and were combined with data from meniscographic studies done under air or with a protective flux. Meniscographic data with a nonwetted Teflon substrate provided data on solder-flux interfacial tensions, and meniscographic data with a Cu substrate allowed determinations of wetting times, wetting forces, and calculations of contact angles. Additions of Sb to quaternary Sn-Ag-Cu-Bi alloys improve wettability, move the parameters closer to those of traditional solders, and affirm, as found in previous studies of Bi additions to the Sn-Ag-Cu near-eutectic compositions, that interfacial tensions and contact angles are the two parameters most important as a metric of wettability. However, in contrast to results found in studies of quaternary Sn-Ag-Cu-Bi alloys, the changes in quinary Sn-Ag-Cu-Bi-Sb alloys of interfacial tensions and contact angles do not correlate with decreasing wetting time and increasing wetting force.     

Intrinsic contact angle and contact interaction between liquid silver and solid graphite

The intrinsic contact angle between liquid metal and a solid substrate is important for interpreting the contact interaction between them. However, the apparent contact angle revealed in a wetting test does not always coincide with the intrinsic angle. In this study, the intrinsic contact angle of liquid silver on monocrystalline and polycrytalline graphite substrates was investigated by means of a sessile drop method under a 10%H₂−Ar atmosphere at 1273 K. The intrinsic contact angles were estimated to be 124° for the monocrystalline (C surface) and 127° for the polycrystalline.     

旋带掩模电解织构化圆柱表面及其润湿性分析

在圆柱面工件上高效、低成本地创制功能化极端润湿性表面仍面临重大技术挑战。对此提出旋带掩模电解织构技术。该技术直接选用市售带状柔性电绝缘多孔高分子编织布为活动掩模，以中性盐Na NO3溶液为电解液，基于旋带电解印制方式对金属圆柱表面进行织构化处理。介绍其工作原理，分析圆柱表面微织构形貌与几何廓形的演化过程，试验探究极间电压、旋带速度、加工次数等对表面织构特征的影响，评测氟化后的不同微结构特征的织构化表面的润湿性。结果表明：圆柱表面织构特征显著受加工次数的影响，随加工次数的增加，圆柱表面经历“反复复制”掩模印制阵列凹凸微结构、阵列凹凸微结构叠错-细化、微纳米分级结构分级化等表面微织构化演化过程；用时仅需249 s制备的外径49 cm、长50 cm的SUS304圆柱面（氟化后）微-纳米分级结构表面对水/甘油/十六烷的接触角分别为160.4°、 158.5°、 153.6°、滚动角分别为2.1°、5.6°、8.6°；呈现优异的超双疏极端润湿性且机械耐久性好。旋带掩模电解织构技术在圆柱面工件制取机械耐久性极端润湿性功能表面方面呈现高效、低成本、便于实施等优势。     

高速微铣削构建疏水性铝合金表面

以蝉翅表面疏水结构为仿生对象,利用高速精密微铣削机床在铝合金表面构建柱状微阵列结构,对构建的柱状微阵列结构的微观结构、疏水性能和表面粗糙度进行观测,并对其疏水机理进行分析。结果表明:在本征接触角约为51°的光滑铝合金表面上加工微米级柱状微阵列结构可有效提高材料表面的疏水性能,未经化学修饰的表面接触角最高可达115°,实现了基于高速精密微铣削技术在金属材料表面上构建微观结构阵列,使材料表面润湿性由亲水向疏水的转变。     

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.     

火焰喷涂制备纳米陶瓷超润滑涂层及其防污性能

仿猪笼草结构的灌注液体型超润滑涂层(SLIPS)因具有优异的自清洁防污性能备受关注,但目前存在制备工艺复杂、成本较高、不适宜大规模制备等问题,影响了该技术的实际应用。针对这一问题,利用火焰喷涂技术制备SLIPS表面的技术工艺,成功在不锈钢表面制备了基于纳米二氧化钛的SLIPS涂层,并研究了涂层结构及性能。利用SEM分析了涂层的表面形貌和微观结构;利用接触角测量仪研究了涂层的浸润性能;通过藻类贴附试验评价了涂层的防污性能。结果表明：所制备涂层表面接触角达到118.01°,滚动角达到4.54°,呈超润滑性能,对海洋小球藻附着率降低了98.56%。文中研究为制备低成本、大规模SLIPS涂层提供了一种可行的思路。     

高频电刀手术电极表面润湿性对胰管闭合效果的影响

目的研究手术电极表面润湿性对胰管闭合效果的影响,旨在从电极表面改性角度探索提升高频电刀防胰瘘效果的措施。方法选用电外科临床常用的304不锈钢手术电极制备电极样品,利用化学刻蚀法在电极表面构建微结构,以改变电极表面润湿性,进而选用新鲜离体猪胰腺作为生物组织样品,使用高频电刀进行胰管闭合试验。对不同表面润湿性的电极样品进行胰管闭合试验后,观察表征电极表面的组织粘附、胰腺断面焦痂形貌、主胰管爆破压和胰腺残端组织损伤。结果原始304不锈钢手术电极表面接触角为86.1°,经FeCl₃溶液一步刻蚀处理后,表面形成微米级凹坑结构,接触角降至65.3°,再经HCl溶液两步刻蚀处理后,微米凹坑上形成纳米孔洞,接触角增大至111.5°。在相同的电外科手术模拟试验工况下,随着手术电极表面接触角的增大,电极表面组织粘附减轻,胰腺断面焦痂组织的孔洞尺寸变小,主胰管的闭合厚度增大、爆破压提高,胰腺残端组织损伤减轻。结论在电外科手术过程中,高频电刀手术电极表面润湿性会影响胰管闭合效果。表面疏水化可以有效抵抗电极作用于胰腺组织时的表面组织粘附,抑制电极-胰腺组织界面的电弧放电,从而促进胰管的有效闭合,减轻胰腺残端组织损伤,降低术后胰瘘风险。     

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。