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。     

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。     

超疏水化合物在金属腐蚀与防护领域的应用进展

近年来,随着现代工业不断发展,金属材料的应用日趋广泛,同时金属材料的腐蚀问题也受到大家的广泛关注.超疏水化合物因其优良的化学特性而被应用于金属腐蚀防护领域.介绍了超疏水化合物在金属基底进行防护的原理,综述了近年来常用于制备超疏水表面的方法,如通过氟化物、硬脂酸类化合物、长链的烷基或者是硅烷基等疏水性物质对低表面能的化合物进行改性,构建出具有低表面能的超疏水表面.超疏水化合物与有机金属框架化合物(MOFs)、缓蚀剂以及微胶囊3种特殊的具有防腐特性的物质,可通过协同作用对金属基体进行防护:(1)利用一些疏水性化合物对具有特殊的表面特性的有机金属框架化合物(MOFs)纳米材料进行改性,制造出超疏水表面;(2)通过一些长链疏水性化合物对缓蚀剂进行改性,以提高其疏水性能,进而可获得更优异的防腐效果;(3)具有自修复功能的微胶囊与疏水性化合物,通过协同作用发挥其最佳防腐性能.最后对超疏水化合物在金属腐蚀与防护领域的应用前景进行了展望.     

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。     

镍基超疏水表面的制备及其在海洋腐蚀防护中的应用

采用电化学沉积-表面修饰两步法在金属铜表面制备了镍基仿荷叶超疏水表面,采用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、接触角测量仪等测试手段表征了所制备膜层的微观形貌、组成及润湿性,并基于Cassie模型理论分析了表面的润湿性与微观形貌间的相关性。在此基础上,采用电化学测试手段评价了所制备镍基超疏水膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀防护性能。结果表明:镍基超疏水膜可有效抑制金属基体的腐蚀过程,并提出了相应的腐蚀防护机制。     

超疏水表面在抗海水腐蚀领域的研究进展

超疏水表面由于其独特的结构,可捕获空气在表面形成"空气膜",可有效阻挡基体与腐蚀介质的接触,从而大幅提高基体的耐腐蚀性,在抗海水腐蚀领域具有广泛的应用前景。介绍了超疏水表面的基础理论,从刻蚀法、阳极氧化法、自组装法等方面综述了近年来超疏水表面抗海水腐蚀的研究进展。最后,提出了目前超疏水表面抗海水腐蚀研究中存在的问题,并展望了超疏水表面在抗海水腐蚀领域的发展方向。     

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。     

镁合金仿生超疏水表面的制备及展望

随着技术的发展,镁合金作为工程材料受到了越来越广泛的关注。超疏水镁合金由于其特殊的功能特性使其在微流体运输、自清洁、防冰霜等领域具有广泛的应用前景。深入阐述超疏水表面浸润性机理,全面阐述镁合金仿生超疏水表面的制备方法,分析其工业化的可能。进一步总结超疏水镁合金在防腐蚀领域的研究现状及其耐腐蚀机理。同时,鉴于超疏水的耐腐蚀性能和抗黏附性能,将其与具有优异生物相容性的镁合金结合,探讨超疏水镁合金在生物医用领域的研究方向。     

仿生表面/涂层在金属腐蚀防护中的研究进展

首先分别概述了仿生非浸润表面（超疏水表面、超滑表面）和智能自修复涂层（缺陷愈合型自修复涂层、腐蚀抑制型自修复涂层）的仿生设计原理和制备技术,重点阐述和探讨了其在金属腐蚀防护领域的研究进展与存在的问题。然后进一步梳理了近年来通过将仿生非浸润技术与智能自修复技术相结合,构建自愈性超疏水表面、超疏水活性涂层和超滑活性涂层等多功能防腐蚀涂层的新策略。最后分别对非浸润表面和自修复涂层技术在金属腐蚀控制领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望,希望为仿生表面/涂层的设计、制备及防腐蚀应用提供有益的参考。     

机械高稳态超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其具有低粘附和排斥水的特性,广泛应用于冷凝传热、抗结冰、减阻、防腐蚀、油水分离及自清洁等众多领域,具有极其重要的应用前景.然而,超疏水表面在机械作用下容易造成超疏水性部分或全部丧失,限制其实际应用,故关于该表面机械稳态性问题研究的重要性凸显.综述了超疏水表面在机械作用下的失稳机制和稳态性评价方式,根据超疏水表面的微纳米结构和低表面能物质失效差异,将机械高稳态超疏水表面的实现策略归纳为三类:构筑自修复性表面,利用涂层中的自修复性分子对表面的疏水物质缺失或结构损伤进行自我补足;构筑微观复合结构表面,选择双尺度(大尺度-微米/小尺度-纳米)或全疏单级(或多级)尺度的结构抵御机械破坏;构筑多组分协同增强表面,通过化学键或范德华力作用,改善涂层的固有强度或提高涂层与基底的结合强度.这三类策略均具有一定的局限性,如何实现超疏水表面大规模工业应用仍是一个科学难题,并展望了其未来的发展方向.     

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。     

可切换润湿性超疏水表面制备方法及应用

目的 制备可切换润湿性的智能超疏水表面,并探索该表面潜在的应用前景。方法 利用模板法,基于热响应形状记忆聚合物（Shape Memory Polymer,SMP）制备具有条状微结构阵列的可切换润湿性智能超疏水表面,并对其润湿性可逆转换能力及循环使用稳定性进行测试。结果 通过扫描电子显微镜观察到所制备表面微结构完整且轮廓清晰,液滴接触角在该表面可达到（150±3）°。通过加热使该表面达到玻璃化转变温度,此时对其施加外载荷使表面上条状微结构向一侧倾倒,由于微结构形态的改变,SMP表面疏水性减弱、水黏附性增强,再通过简单加热就可以使表面形态恢复至原始状态。通过试验测得环氧SMP的形状固定率为98.8%、形状回复率为96.3%,均达到95%以上,由于其优异的形状记忆特性,条状微结构的形态可以在原始直立状态和受到外载荷时的倾倒状态之间产生热响应而自由转变,且这种润湿性转换循环10次以上后,该表面依然保持着相对良好的润湿性可逆转换能力。结论 基于形状记忆聚合物制备出的可切换润湿性智能超疏水表面具有良好的润湿性可逆转换能力和循环使用能力,且在液滴微反应器、生物检测、可重写液体图案、无损失液滴转移和芯...     

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。     

耐久超疏水表面的研究进展

超疏水表面在油水分离、腐蚀防护、防水抗冰等领域具有广泛的研究和应用价值。然而，其实际应用并未达到预期的广泛程度，主要制约因素在于表面的耐久性不足。超疏水表面的失效主要体现在两个方面：一方面，由于表面粗糙结构在承受机械载荷时容易遭受高局部压力而受损；另一方面，由于低表面能分子在高温、光照和强氧化剂等刺激下容易发生分解失效。为了解决上述问题，从耐久型超疏水表面的特点入手，提出了提高超疏水表面耐久性的典型策略。这些策略包括：（1）构建弹性基底，这可以将微结构上的载荷转移至基体，减少微结构受损的可能性；（2）微结构保护，这种方法通过构筑刚性的护盾，保护了更低尺度的纳米结构免于受损；（3）胶黏+涂装，该策略是通过中间层连接，强化基体与表面微纳结构的结合力；（4）利用低表面能物质的自修复能力，这种方法可以在表面受损后通过自我修复特性恢复其超疏水性；（5）微结构的重建，可以在表面粗糙结构遭破坏后，使其恢复原貌。最后，对耐久超疏水表面的发展提出了前瞻性的展望，提出了耐久超疏水表面绿色可持续发展的新方向。     

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。     

多功能超疏水表面的制造和应用研究现状

荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面,具有"出淤泥而不染"的特性,近年来,荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注.普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后,可获得超疏水表面.将水滴置于超疏水表面上,水滴与超疏水表面间存在一层空气垫,空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积,使水滴无法浸入表面微观结构中,而被"支撑"在超疏水表面上,因此超疏水表面对水表现出优异的排斥性.这种特殊性能使超疏水表面在诸多领域都有极高的应用前景和市场价值.本文对超疏水基础原理进行了梳理,并对近期超疏水领域的研究成果进行了综述.首先介绍了超疏水表面的经典润湿理论,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型.然后归纳了诸多超疏水表面的制备方法及优缺点,包括激光刻蚀法、化学沉积法、化学刻蚀法、电化学沉积法、电化学刻蚀法、热氧化法、喷涂法等.在分析不同制造方法的基础上,进一步讨论了超疏水表面在自清洁、防雾、抗结冰、耐腐蚀、液体无损转移、油水分离、摩擦发电、芯片实验室、液滴传感器等领域的应用.最后,指出超疏水表面从实验室研究走向生产应用过程中所面临的问题,并对超疏水表面的未来发展进行展望.     

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。