One-step preparation of the superhydrophobic Al alloy surface with enhanced corrosion and wear resistance

Corrosion and wear failures are bottlenecks for restricting applications and developments of Al-based functional materials. As a new lubrication technology, superhydrophobic preparation provides an effective way to settle Al alloy corrosion. The preparation methods of superhydrophobic Al alloys are mainly multistep strategies. In this study, superhydrophobic Al alloy, has been prepared by an efficient one-step electrochemical etching process. Meanwhile, its micromorphology has been observed by a scanning electron microscope. The wettability has been measured by video optical contact angle meter. The corrosion behavior has been tested by electrochemical workstation, and wear performance has been characterized by friction tester. The results show that the micro-nanoterraced concave–convex structure has been fabricated and an as-prepared surface exhibits excellent superhydrophobic behavior. Further electrochemical and tribological tests show that corrosion resistance and wear resistance have also been significantly improved. This study provides a new method to prepare wear-resistant and corrosion-resistant Al alloy for widening applications of multifunctional Al-based engineering materials.     

Fabrication and properties of the superhydrophobic ceria-based composite coating on magnesium alloy

A superhydrophobic ceria-based composite coating is developed to improve anticorrosion properties of AZ61 magnesium alloy, fabricating via chemical conversion method followed by hydrothermal treatment. The cerium conversion coating has a block structure with microcracks. After the hydrothermal treatment, a dense CeO₂ layer, porous CeO₂ nanorods, and stearic absorbing layers are grown stepwise on the conversion coating. And the composite coating is hydrophobic or even superhydrophobic and has almost no microcracks. As the hydrothermal reaction time increases, the water contact angle of the composite coating first increases and then decreases, and it reaches the maximum value of 152° after hydrothermal treatment for 4 h. Both the dense CeO₂ layer and the superhydrophobic stearic absorbing layer can effectively prevent the electrolyte from contacting the substrate; the corrosion current density of the superhydrophobic composite coating is lower than that of the hydrophilic composite coating and the cerium conversion coating, and has the best corrosion resistance.     

辊式涂布法构建纸基牢固超疏水表面

采用辊式涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面，并对超疏水表面的牢固性、自清洁性和疏水性能进行评价。用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）对微米级和纳米级两种尺寸的TiO₂粒子进行疏水改性处理，然后将改性后的微/纳米TiO₂涂布在纸基材料表面。采用红外光谱（FTIR）对改性后的微/纳米TiO₂的化学组成进行了分析，采用扫描电镜（SEM）对涂布纸表面结构进行了表征，通过接触角、耐磨性和自洁净测试评价了涂层表面的超疏水性、牢固性和自清洁性。改性TiO₂的FTIR分析显示在1000～1500cm^-1之间出现多个C—F键的伸缩振动峰，表明POTS通过化学键与TiO₂表面发生了结合。涂布纸表面的SEM分析可以看出，纸基材料表面上均匀分布了微米和纳米尺寸的TiO₂颗粒，具备了类似荷叶表面微-纳结构的粗糙表面。涂层表面的水接触角为153°±1.5°，滚动角为3.5°±0.5°，水滴在涂层表面呈球形，极易滑落，涂层在水中浸泡7天后，接触角没有发生明显变化，表明纸张表面具备了优异的超疏水性能，且疏水稳定性较好。涂层表面经过10次循环磨损试验后，接触角仍能达到150°，滚动角为9°，表明机械摩擦没有对涂布纸表面的化学成分和粗糙结构造成明显的破坏，超疏水表面的牢固性较好。自洁净测试表明，涂布纸表面具有良好的自清洁和防污性能。该工艺过程操作简单，易于实现工业化生产，为在纸基表面构建综合性能优异的超疏水表面提供了一种新的便利途径。     

超浸润金刚石薄膜的研究进展

金刚石具有极高的硬度和化学惰性,通过其表面能和微纳结构调控,金刚石薄膜构筑的超浸润表面稳定性极佳,具有重要的实际应用前景。概述了超浸润材料的特点与发展现状,介绍了人工超浸润表面的设计与制备原理,即基于分级制微纳结构和表面能建立超浸润界面体系。归纳了超浸润金刚石表面微纳结构制备原理与方法,包括"自上而下"与"自下而上"两种合成策略,并分别介绍了各策略中模板法和无模板法构筑金刚石表面分级制微纳结构的技术手段。总结了金刚石表面化学状态与浸润性能的关系,重点分析了金刚石表面氧化、氢化以及氟化处理对其表面浸润特性的影响规律,其中金刚石表面氧化处理将强化其亲水性能,而表面氢化或氟化处理将显著增强其疏水性能。在此基础上,综述了超浸润金刚石的应用,包括无损转移腐蚀性液体微滴、电解污染物以及生物医学成像等。最后,总结了超浸润金刚石合成与应用中存在的主要问题,阐述了其实际应用中面临的重大挑战,并展望了超浸润金刚石在多学科交叉领域未来的发展方向。     

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。     

Liquid Marble Patchwork on Super-Repellent Surface

Liquid marble (LM) is a droplet that is wrapped by hydrophobic solid particles, which behave as a non-wetting soft solid. Based on these properties, LM can be applied in fluidics and soft device applications. A wide variety of functional particles have been synthesized to form functional LMs. However, the formation of multifunctional LMs by integrating several types of functional particles is challenging. Here, a general strategy for the flexible patterning of functional particles on droplet surfaces in a patchwork-like design is reported. It is shown that LMs can switch their macroscopic behavior between a stable and active state on super-repellent surfaces in situ by jamming/unjamming the surface particles. Active LMs hydrostatically coalesce to form a self-sorted particle pattern on the droplet surface. With the support of LM handling robotics, on-demand cyclic activation–manipulation–coalescence–stabilization protocols by LMs with different sizes and particle types result in the reliable design of multi-faced LMs. Based on this concept, a single bi-functional LM is designed from two mono-functional LMs as an advanced droplet carrier.     

超疏水表面防凝露

简要介绍了超疏水表面的生成机理、在暖通空调专业中可能的应用范畴以及国内外的研究现状。提出了一种利用相分离技术生成超疏水表面的方法,采用这种方法生成的超疏水表面接触角高达164°,滚动角小于2°。将这种超疏水表面技术应用于空调冷表面的实验结果表明,无论条件如何苛刻,冷辐射板和送风口表面均不会凝露。     

镍基分支化ZnOHF表面的制备及油水分离性能

目的 解决目前油水分离材料大多存在的制备工艺复杂、设备昂贵、分离效率低、重复使用性差等问题。方法 采用水热法在镍网表面生长分支化羟基氟化锌(ZnOHF)粗糙结构,随后在表面沉积十八烷基三甲氧基硅烷(ODS)分子,得到超疏水/超亲油镍网。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FT–IR)对其表面的微观形貌、组织和表面成分进行表征,利用接触角测量仪表征其静态和动态润湿性能。结果 镍网表面生长的分支化ZnOHF粗糙结构,与低表面能的ODS单分子层协同作用,使该表面对水的接触角高达158°,对油的接触角则为0°,且连续滴加油品时,油会在表面迅速铺展、渗透,并向下滴落。将不同品类的油与水混合,模拟不同情况下的油水分离效果,其分离效率均在95%以上;经过50次重复的油水分离测试后,其油水分离效率仍能保持91%,表现出良好的重复使用性能。结论 实验制备的超疏水/超亲油镍网具有制备方法简单、成本低廉、高效耐用等优点,为含油废水的处理提供了新方法。     

硬脂酸改性三氧化二铝表面润湿性的特性分析

目的 研究氧化铝经硬脂酸分子改性后的润湿行为,从表面改性角度探索聚合物自组装润湿性原理,进而制备出一种疏水性能良好的超疏水表面。方法 使用COMPASS力场进行分子动力学模拟,构建基于非键合粒子的Al2O3超晶胞模型体系,采用最速下降法和共轭梯度法进行优化,使所构建的模型在体系平衡下保持能量最小原则,并对其求解分析。进而基于模拟材料,通过两步喷涂法制备以改性纳米氧化铝为涂层的超疏水表面,观察表征特征,验证模型的正确性。最后从模拟构象、径向分布函数以及均方根位移方面分析氧化铝经硬脂酸分子改性前后水分子团簇在玻璃、氧化铝表面的微观润湿行为。结果 经硬脂酸改性后,氧化铝表面由亲水表面成为疏水表面。经分子动力学模拟表明,当硬脂酸浓度增加,每个硬脂酸的表面能由–110.5 kJ/mol变为–80.4 kJ/mol,硬脂酸分子降低了水分子团簇在玻璃和氧化铝表面的扩散系数,对疏水性的强弱有着重要的影响。结论 氧化铝颗粒与玻璃表面都具有强亲水性,且氧化铝对水分子的吸附能力要强于玻璃。硬脂酸能够降低氧化铝的表面能,且与纳米氧化铝发生化学反应后,将氧化铝由超亲水改性为超疏水。     

氧化处理对电沉积吸液芯性能的影响研究

目的 通过研究自然氧化、过氧化氢氧化和130℃氧化处理对电沉积吸液芯润湿性和毛细性能的影响,探究吸液芯毛细性能在空气中衰减的原因。方法 通过电沉积在铜表面制备一层多孔铜吸液芯,分别对吸液芯进行自然氧化、过氧化氢浸泡和130℃烘烤处理,利用接触角测量和毛细上升法分析吸液芯表面的润湿性和毛细性能,通过扫描电镜(SEM)观察吸液芯微观形貌,采用X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶红外光谱分析吸液芯表面成分。结果 3种氧化处理后,吸液芯的润湿性与毛细性能有明显差异。自然氧化处理和过氧化氢处理的吸液芯均表现为超亲水,接触角为0°,而130℃烘烤的吸液芯表现为超疏水,接触角高达150.49°。水在过氧化氢处理的吸液芯表面的运行速度比在自然氧化的表面更快。3种不同状态的吸液芯微观形貌都为树枝状结构,没有明显差异。XPS图显示,自然氧化处理的吸液芯表面部分氧化,存在76.4%(质量分数)Cu₂O;130℃烘烤的试样表面全部氧化,为60.6%的Cu₂O和39.4%的CuO;而过氧化氢浸泡的表面为100%的CuO₂。结论 3种氧化处理不会改变...