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...     

基于磁流变弹性体膜的可控疏水表面制备与表征

针对目前超疏水表面制备工艺复杂、成本高等问题,采用工艺简单的磁场调控方法,基于磁致链化效应,将磁性颗粒-聚二甲基硅氧烷复合材料薄膜前驱体在外加匀强磁场作用下固化,得到具有微纳粗糙结构的可控疏水性磁流变弹性体膜(MREF)。利用扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对其表面形貌和润湿性进行表征分析。结果表明,制备的磁流变弹性体膜具有随机分布的微米级山状突起结构,通过控制制备磁场强度可以改变表面粗糙度特征,水滴接触角从110°提高到158.2°,呈现超疏水特性。进一步研究表明,通过控制磁性颗粒粒径尺度、磁性颗粒质量分数、薄膜厚度等因素,可以构建不同表面特征的磁流变弹性体膜,进而实现对表面疏水性的调控。     

SLM-Ti仿生微纳米复合结构超疏水表面的构建

以选区激光熔化技术制备的金属钛为基体,采用阳极氧化法在SLM-Ti表面微米级球形"模板"上一步制备仿生微纳米复合结构。结果表明,未经紫外光照或高温处理的SLM-TiO_2纳米管在经全氟辛基三乙氧硅烷(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyltriethoxysilane molecules, POTS)修饰后即获得了超疏水表面,其静态水接触角约163.8°,滚动角1°。对比分析了阳极氧化后商用纯钛CP-TiO_2和SLM-TiO_2的表面形貌特征和POTS修饰后的静态/动态水接触角。测得POTS修饰后的CP-TiO_2和SLM-TiO_2表面静态水接触角分别约为149.0°和163.8°,即二者均显现出静态超疏水特性。但在有自清洁、防水、防污特性要求时,材料表面的动态接触角才是更为重要的参数,在相同条件下获得的CP-TiO_2表面在倾斜至90°后水滴依然粘附在材料表面,而SLM-TiO_2表面水滴在倾斜不足1°时即快速地(155 ms内)从材料表面滚落。     

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.     

静电喷涂高附着力疏水涂层及其性能

目的提高静电喷涂疏水涂层的附着力。方法采用硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷制备了表面改性疏水二氧化硅粉末。将一定比例的聚偏氟乙烯粉末、超高分子量聚乙烯粉末与疏水二氧化硅粉末混合,制备了复合型疏水粉末。使用环氧树脂、固化剂、活性剂等配制了导电环氧树脂。通过静电喷涂工艺将复合疏水粉末喷涂到已用导电环氧树脂覆盖的铝基板表面,经过中温固化,制得了铝合金疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、接触角测量仪(CA)、百格刀附着力测试仪等,对疏水复合涂层进行测试表征。结果 SEM结果表明涂层表面构建了微米-纳米的阶层粗糙结构,经CA测试,该表面具有较好的疏水性。当混合粉末中聚二甲基硅氧烷改性二氧化硅的比例占到20%时,环氧基疏水涂层的接触角最高可达到140°,滚动角最低可达5°,附着力的等级为0级,同时疏水涂层的耐磨性和耐腐蚀性良好。结论采用简单、易于工业化的静电喷涂工艺制备了高附着力的疏水涂层,具有广泛的应用前景。     

影响硅橡胶涂层疏水性的因素

目的寻找影响硅橡胶涂层疏水性的因素,并找到相应的提升改进方法。方法以液体硅橡胶为基体,通过燃烧橡胶条熏附、添加纳米SiO2粉末混合和喷洒纳米SiO2粉末附着这三种不同方式,来制备超疏水表面涂层。通过改变纳米粉末的加入方式、加入质量,研究疏水性的最佳条件。并通过光学显微镜测量静态接触角评价表面疏水性能,寻找影响其疏水性的因素。结果最佳的方法为熏烧的烟尘附于液体硅橡胶涂层表面,大多数试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达159°,平均值150°,静态接触角提高40°以上;次之为均匀喷洒纳米SiO2粉末,部分试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高为145°,平均值135.5°,静态接触角提高30°~40°;简单搅拌混合的提升效果最差,没有试验样本出现超疏水特性,静态接触角最高可达124°,平均值108.5°,静态接触角只提高5°~15°。结论构建超疏水涂层的关键在于能否成功构建出微纳米的二级微观结构,简单的物理混合、搅拌会使纳米粉末被覆盖掉,无法表现出其特性。涂层的疏水能力与接触周围的实际微观长度有关。     

聚四氟乙烯/Al3O2-TiO2复合涂层的制备及其疏水性能研究

目的 在铝合金表面制备耐磨、耐蚀、高结合强度的疏水涂层。方法 采用大气等离子喷涂(APS)在铝合金基体上制备AT(Al3O2-Ti O2)涂层,在AT涂层上采用溶胶-凝胶法制备聚四氟乙烯(PTFE)面层,借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、3D形貌仪、接触角测试仪等仪器对涂层的显微结构、成分、粗糙度、接触角进行表征。结果 喷距为120 mm、电流为680 A、送粉量为18 g/min的条件下,实心AT涂层和空心AT涂层表面粗糙度为6.99μm、6.13μm,孔隙率为5.88%、15.18%,硬度为945.82HV0.3、768.1HV0.3,与基体的结合强度为32 MPa、28 MPa,实心AT涂层与PTFE涂层的结合强度为19 MPa。实心PTFE/AT复合涂层与水的静态接触角最大可达130.9°,PTFE涂层表面含有氟化物和硅化物。结论 实心粉末AT涂层表面粗糙度较大,综合性能优于空心粉末AT涂层,因此,将实心AT涂层作为复合涂层的底层。实心PTFE/AT复合涂层具有与荷叶表面相仿的微纳米二元粗糙结构,具有良好的疏水性能,疏水性能与表面含氟物质的疏水基团以及低表面能的二元粗糙结构相关。     

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°。     

疏水型自清洁涂料的制备与性能研究

采用机械共混法,通过添加疏水性纳米SiO2对PRTV硅橡胶涂料进行改性,研究了纳米SiO2的添加量对改性PRTV涂层表面疏水性的影响,并探讨了涂层表面的微结构与其水接触角的内在关系。结果表明:利用共混法将疏水性纳米SiO2加入PRTV涂料中,可以制备出具有超疏水性的复合涂料,其涂层的水接触角可由106°提高到150°。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

基于图像处理技术界定微纳复合织构防覆冰性能

目的 制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法 采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形态学运算,通过分析水滴结冰过程中的轮廓变化规律,研究水滴结冰过程的状态变化,进一步界定水滴的结冰时间。结果 纳秒激光一次扫描形成的沟槽结构,增加了试件表面的粗糙度,使铝合金表面接触角由54.4°提高到116.5°,实现了铝合金表面的疏水性能。而二次扫描构建的沟槽-凹坑复合微织构,形成了Cw-Cn接触模型,进一步提高了试件表面的疏水性,试件表面接触角增大至154.4°。超疏水表面成核能垒高,且沟槽-凹坑复合微织构捕获的空气降低了固液界面的热交换速度,是铝合金表面结冰时间由11 s延长到551 s的原因。图像处理方法准确界定了水滴在结冰过程中的三个阶段。采用Harris角点检测法,可以实现精确判断结冰完成时间,减小了肉眼判断结冰状态所带来的主观误差。结论 纳秒激光二次扫描构筑的沟槽-凹坑复合微织构可以有效提高Al7075表面的疏水性,并延缓水滴在其表面的结冰时间。图像法处理提取的表面轮廓,为研究分析水滴在结冰过程中的状态变化提供了一种新思路。     

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。     

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。     

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。     

类蝴蝶翅膀表面微纳结构的制备及其疏水性

在金属表面构筑微纳米粗糙结构后以低表面能物质修饰,可以获得超疏水的金属表面,对实现防水、防腐及表面自清洁等功能具有重要的意义。以钛片为基底,利用简单易行且低成本的喷砂-酸蚀法,对其进行粗糙化处理,并使用低表面能物质氟碳树脂进行表面改性,获得了超疏水性表面。测量了试样表面与蒸馏水的静态接触角,将试样置于空气、模拟海水、质量分数为3%的NaOH和HCl溶液中进行了耐环境测试,观察了试样表面的微观形貌。结果表明:在光滑的钛基底上用氟碳树脂修饰后,得到的疏水表面接触角仅为103°;而钛片表面经喷砂-酸蚀后,再利用氟碳树脂进行疏水化修饰,得到与水接触角为156°的超疏水表面。经表面粗糙化处理和低表面能物质修饰后得到的钛基底上形成了类蝴蝶翅膀表面微纳结构的蜂窝状超疏水表面,具有优异的耐环境性和良好的自清洁效果。     

楔形亲油轨道-超疏水复合图案化表面液滴引导及润滑增效研究

目的 实现液滴及润滑油在超疏水表面定向引导,并将其运用于机械摩擦副,改善摩擦润滑性能。方法 提出一种简单的超疏水高疏油涂层制备方法,即在硅烷耦合剂作用下利用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）改性气相纳米二氧化硅,经交联固化处理后制得具有超疏水高疏油特性的涂层。通过FT-IR分析涂层成分、SEM观测涂层形貌,验证了涂层制备方案的有效性。通过纳秒激光在疏油涂层上加工亲油楔形图案化表面,进行表面流体引导实验。通过开展球-盘标准摩擦实验和滚动轴承温升实验来验证楔形亲油图案化表面流体引导,用于实现机械摩擦润滑增效的有效性。结果 通过对涂层表面进行成分分析,验证了C-F键长链在二氧化硅粒子表面上的成功枝接。通过对涂层表面进行形貌观测,验证了表面微纳米粗糙结构的成功构建。所制备得到涂层表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为157°、142°、143°、144°、136°、145°。相比之下,普通铝板表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为46°、16°、17°、20°、15°、24°,涂层具有优异的超疏水高疏油特性。通过...     

射频等离子体改性PTFE表面液滴撞击接触起电对润湿性的影响∗

液滴撞击固体表面是自然界的常见现象，研究超疏水表面的液滴撞击对其润湿性的影响，对于超疏水性材料的潜在应用具有重要的科学意义。采用 3、10、20 min 氧等离子体处理（OPT）和 1 min 八氟环丁烷等离子体聚合沉积（PPD）的等离子体方法改性聚四氟乙烯（PTFE）表面，获得具有不同尺寸和间距的微 / 纳米锥的超疏水 PTFE 表面，研究射频等离子体改性 PTFE 表面的液滴静态接触角、滚动角及液滴撞击动力学行为，分析在不同个数液滴撞击后 PTFE 表面的润湿性和液滴撞击行为变化，确定 PTFE 表面液滴撞击起电效应的影响机制。结果表明：通过 1~9 个液滴撞击后，PTFE 表面的静态接触角随撞击液滴数量增加而减小，导致静态接触角低于 150°；液滴滚动角随撞击液滴数量增加而增大，造成液滴滚动角高于 10°。 撞击液滴的接触时间随撞击液滴数量增加而增大，回弹系数随撞击液滴数量增加而减小。随撞击液滴数量增加，回弹液滴的正电荷和 PTFE 表面的负电压增大，PTFE 表面的负电荷对液滴产生强吸引作用，导致低粘附超疏水性被破坏。3 min OPT 和 1 min PPD 改性 PTFE 表面的纳米锥间距小，密度大，表面负电荷量增加明显，造成 PTFE 表面的疏水性降低的程度最显著。 研究结果可为改善超疏水稳定性的表面织构设计提供理论依据。     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。