Preparation of the Thermal-assisted Self-healing Bionic Super Slippery Surface on Aluminum Alloy Substrate and the Effect of Lubricant on Its PerformanceEI北大核心CSCD

仿猪笼草超滑表面具有疏液性和防污性等优异性能。然而仿生超滑表面的润滑油膜受损后,其超滑性能会被破坏, 因此制备具有自修复性能的仿生超滑表面对于解决其耐久性差的问题至关重要。首先采用阳极氧化法在铝合金基体表面制备锥形微结构,然后经过全氟硅烷进行低能修饰,最后往微结构间隙中注入全氟聚醚、低黏度硅油和高黏度硅油三种不同的润滑油,得到三种仿生超滑表面。水滴在三种仿生超滑表面的接触角分别为~116°、~105°、~103°,滑动角分别为~10°、~10°、~9°。试验结果表明,全氟聚醚和低黏度硅油的仿生超滑表面比高黏度硅油的仿生超滑表面具有更优的自清洁性和防污性,可以有效地预防污染物堆积造成的疏液性失效。此外,全氟聚醚与低黏度硅油的仿生超滑表面呈现较好的热辅助自修复性,修复后的疏水性与新制备样品基本一致;高黏度硅油仿生超滑表面只表现出一定的自修复能力,修复后与新制备样品的疏水性存在差异。所制备出的具有热辅助自修复功能的铝合金基底仿生超滑涂层,在海洋生物污损防护方面具有潜在的应用前景,并为克服传统仿生超滑表面使用耐久性差的问题提供了解决思路。     

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.     

KCC-1/PVDF超疏水与超滑表面的制备及其性能研究

目的将海胆状纳米二氧化硅(KCC-1)微球掺入聚偏氟乙烯(PVDF)中,制备出KCC-1/PVDF超疏水涂层,并在此基础上利用不同涂层修饰剂修饰,进一步制备出超滑涂层。方法以溴化十六烷基吡啶作为模板,结合煅烧法合成了海胆状KCC-1微球,分散到PVDF溶液中,在镁合金表面制备KCC-1/PVDF涂层,并进一步用不同修饰剂(全氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTES)和二甲基硅油)对涂层表面进行改性。结果经过十六烷基三甲氧基硅烷改性,得到水接触角为155°的超疏水涂层,而灌注二甲基硅油后得到滑动角为4.5°的超滑表面。摩擦磨损实验中,超滑表面的耐磨性优于超疏水表面,优于空白镁合金;防覆冰实验结果表明超疏水和超滑表面能有效延缓液滴在表面结冰。结论KCC-1/PVDF超疏水与超滑涂层能有效地保护镁合金基底,且超滑涂层的防腐蚀性优于超疏水涂层,其腐蚀抑制效率IE分别为100%和98.28%。     

金属基底力学耐久性超疏水涂层的研究进展EI北大核心CSCD

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。此外,超疏水涂层还能赋予其自清洁、润滑减阻、油水分离等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。然而,超疏水涂层差的耐久性极大地限制了其实际应用。因此,制备具有力学耐久性的超疏水涂层是实现其广泛应用的关键。本文综述了近年来有关金属基体上力学耐久性超疏水涂层的研究进展。首先从超疏水表面基本原理出发,分析了超疏水涂层的失效机制,归纳了金属基底耐久性超疏水涂层的制备方法,从被动抵抗和主动修复两个角度重点介绍了力学耐久性超疏水涂层的实现策略,并总结了超疏水涂层力学耐久性的评价方式,最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了总结。     

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。     

玻璃表面二氧化硅基超疏水膜的研究进展

超疏水表面带来一些可贵的界面性质,包括防结冰、防污染、防氧化等。对于工业产品中常用的玻璃等无机材料,研究人员参照自然界超疏水物质的结构和成分,借助含碳、氟等元素的物质,通过各种方法,合成具有微米-纳米二重粗糙结构和低表面能的有机-无机杂化涂层与基材结合,从而制备超疏水表面。因玻璃表面亲水性的固有性质,在平板显示、触摸屏、太阳电池盖板、玻璃幕墙等领域,解决既能满足光学性能指标,又能实现疏水性和抗污染性的问题尤为重要。首先讨论了粗糙表面的固液复合接触和非复合接触两种理论模型,进而阐述了超疏水玻璃的实现要素和基于二氧化硅的超疏水膜的制备方法。梳理了以溶胶-凝胶法为基础的玻璃表面二氧化硅基透明超疏水膜的制备技术进展,根据涂膜次数、溶胶组成、膜层粗糙结构的实现方法等,将现有制备技术分类、归纳为三种制备路线：共前驱体合成改性二氧化硅溶胶制备单层超疏水膜,表面改性法制备多层结构超疏水膜,添加二氧化硅颗粒引入粗糙层法。指出了各种方法的超疏水原理、膜层特点,分析了部分制备实例的疏水性、粗糙结构、光学透过率等性质的影响因素。对于溶胶-凝胶法制备的SiO2基超疏水玻璃,实现超疏水性的同时,如何保持玻璃良好的透明性以及膜层的耐磨性、持久性,是需要重点研究的方向。     

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。     

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。     

飞秒激光与电沉积复合工艺制备不锈钢超疏水表面及减阻性能EI北大核心CSCD

在远程管道运输过程中,固液间摩擦阻力是一个不容忽视的问题,类鲨鱼结构减阻效率低且制备困难。基于荷叶表面仿生思想,构筑微结构制备超疏水表面,减小摩擦阻力。采用飞秒激光刻蚀与电沉积复合工艺,在不锈钢表面构筑框-锥多级结构,经自组装氟硅烷制备超疏水表面,讨论复合工艺参数对微结构形貌及润湿性能的影响,探究框-锥多级结构超疏水表面减阻。结果表明,利用飞秒激光可获得周期性分布的框结构,随着激光功率的增加,微米框结构内部形成不规则沟壑金属堆积物,且关光延时的增长会产生单侧分布微孔结构,损伤基体整体强度;通过电沉积工艺制备亚微米尖锥结构镍镀层,随着电流密度的增加,镀层微结构形态发生变化,形成亚微米尖锥石结构,表面由疏水转变为超疏水。与激光刻蚀10次自组装氟硅烷涂层试样相比,激光刻蚀与电沉积复合工艺自组装氟硅烷涂层的试样表面接触角由138.6°提高到156.7°,对水和30wt.%甘油的减阻率分别由8.17%、14.38%提高到27.74%、23.69%。将激光刻蚀与电沉积相结合,构筑微纳结构经自组装制备超疏水表面,可为降低管道输运中固液间摩擦阻力提供新的技术途径。     

金属钛表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能研究

采用热氧化法在工业纯Ti板表面构造微/纳双尺度粗糙结构,并利用自组装技术制备超疏水Ti表面(TO-FOTS),对其耐蚀性能进行研究。结果表明,TO-OTS对全p H值的腐蚀液均具有良好的超疏性,静态接触角为155°左右。同时,TO-OTS具有十分稳定的气/液/固三相界面,可以有效阻止氢氟酸对金属基底的侵蚀。     

Development of Slippery Liquid-Infused Porous Surface on AZ31 Mg Alloys for Corrosion Protection

The relatively poor corrosion resistance remarkably limits the wide applications of Mg alloys in practice, although they possess many attractive properties, like low density, high specific strength, and good biocompatibility. The formation of a protective coating can effectively suppress the corrosion. In this work, a slippery liquid-infused porous surface (SLIPS), with good surface hydrophobicity, stability, and self-healing property, was formed on AZ31 Mg alloys. The development of SLIPS requires suitable porous micro/nanostructures. Layered double hydroxide (LDH), with effective corrosion resistance for Mg alloys, was a good candidate to accommodate the liquid lubricant. Especially, different temperatures were applied to in situ form MgAl-LDH on AZ31 Mg alloys. The results showed that the temperature of 120 °C was the best condition for the SLIPS to provide good corrosion protection for Mg alloys, with the lowest corrosion current density of 3.19 × 10^-9 A cm⁻². In addition, the SLIPS performed well in the long-term immersion test and abrasion test. The AZ31 Mg alloys with superior corrosion resistance and good mechanical and chemical stability can be extensively applied in areas of automotive, electronics, and aerospace.     

仿生超滑表面对Al基体微生物腐蚀防护性能与机制研究

采用电化学刻蚀-表面修饰-全氟聚醚油注入三步法在模板材料纯Al表面制备了仿猪笼草超滑表面,研究了仿生超滑表面对典型腐蚀微生物-硫酸盐还原菌的附着及所致腐蚀的影响.结果表明,仿生超滑表面在静态和动态环境均可明显抑制硫酸盐还原菌的附着,这主要是由于仿生超滑表面作为一种"类液体"表面,无法为细菌的附着提供锚点.同时,全氟聚醚油可通过阻止腐蚀性介质向基体的渗入,抑制基底Al的腐蚀过程.该研究的开展可为海洋微生物腐蚀防护材料的开发提供理论依据和模型.     

灌注液体型防污表面研究进展

生物污损已成为海运业面临的重大技术难题,构筑绿色防污表面是环保法规日益严格形势下,解决海洋生物污损的重要手段.基于猪笼草仿生的液体灌注型防污表面是近年来研究的焦点问题,具有广阔的应用前景.总结了仿生液体灌注型超滑表面的设计机理,重点介绍了基底粗糙多孔结构的制备工艺和粗糙结构尺度对于表面稳定性的影响.总结了仿生液体灌注型超滑表面的设计机理,重点介绍了粗糙多孔结构的制备工艺和结构尺度对于液体层稳定性的影响.研究表明,纳米孔隙结构提供的强大毛细作用力是形成稳定液体层的关键.分析了润滑液的选择种类与依据,对于海洋防污领域,绿色环保且价格相对低廉的润滑液将是较好的选择.阐述了基底化学改性的手段以及通过化学反应使润滑液与基底形成共价键的超滑表面制备.同时,介绍了润滑液注入工艺和油膜检测手段等制备过程中不可忽略的问题.总结了灌注液体型表面在海洋防污领域的研究进展,以及应用过程中存在的问题,同时展望了灌注液体型表面在防污领域应用的发展趋势.探索环保高效、具有经济性的灌注液体型涂层将会是其在防污领域大规模应用的发展方向.     

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。     

铜基超疏水表面制备方法的研究进展

铜及其合金因具有良好的热物理性能,在海洋工程、能源、航空航天、电子器件等领域有广泛的应用前景。制备铜基超疏水表面能够提高铜及其合金在各领域的应用性能,降低铜基金属的损耗,减少资源浪费。因此,超疏水表面在铜及其合金表面的制备和应用方面成为了研究热点。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。其次,基于制备铜基超疏水表面的2个条件(提高材料表面粗糙度以及降低材料表面能),详细综述了铜基超疏水表面制备方法的研究进展,讨论了自组装、刻蚀、电化学沉积、激光复合加工等方法在制备铜基超疏水表面时存在的优势和主要问题,分析了制备方法对铜基超疏水表面应用性能的影响,列举了铜基超疏水表面在自洁、耐腐蚀、油水分离等方面的应用。最后,指出了铜基超疏水表面未来的发展方向,即通过制备具有自修复功能的超疏水表面或通过改变材料表面微纳米结构,提高铜基超疏水表面的耐磨性和稳定性。除此之外,工艺简单、成本低的铜基超疏水表面制备方法仍具有广阔的应用前景。     

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。     

镁合金超疏水表面制备技术的研究进展

超疏水表面因其在日常生活及工农业生产等领域有巨大的应用前景而受到科研人员的广泛关注。基于镁及其合金基底超疏水表面的制备研究可以加深对材料特性的认识、扩展材料应用范围和提高材料应用性能而具有重要的意义。介绍了超疏水表面的相关理论基础和超疏水状态下的两类模型及其相互关系,对两类模型下表面微细结构和固体表面化学成分对接触角的影响进行了讨论。从构建超疏水表面的两种途径出发,一是在低表面能物质上构建特殊微细结构,二是在微细结构表面利用低表面能物质进行修饰,着重总结归纳了镁合金基底超疏水表面制备技术的研究进展,并对镁合金超疏水表面的发展进行了展望。