溶胶凝胶法制备光学透明的含氟超疏水复合涂层（英文）

以正硅酸乙酯(TEOS)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)为前驱体,通过溶胶凝胶法分别独立制备3种特性不同的溶胶。然后,通过逐次浸涂,依次构筑涂层的基底层、结构层和修饰层。最后,经过一次热处理工艺制备出复合超疏水涂层。采用扫描电镜,原子力显微镜对涂层的表观形貌进行表征,紫外-可见光谱和水接触角测量仪表征涂层的可见光透过率和疏水性能,同时测试了涂层的硬度,附着力等机械性能。结果表明,涂层对水接触角可达155°,可见光透过率高于70%。     

碳钢表面防腐超疏水TiO_2/PDMS涂层的制备及性能

针对碳钢腐蚀电位相对更负、更容易发生腐蚀的特点,在Q235钢表面制备超疏水TiO_2/PDMS涂层以提高其耐蚀性能。采用表面活性剂分散纳米TiO_2并进行改性,然后与PDMS混合,用溶胶凝胶法在Q235钢表面制备有聚二甲基硅氧烷(PDMS)过渡层的TiO_2/PDMS超疏水涂层。借助扫描电镜(SEM)、接触角测量仪、红外光谱(FT-IR)及X射线衍射仪(XRD)表征其表面涂层的表面形貌、化学成分及疏水性能,用电化学试验和浸泡试验测试其防腐性。结果表明:TiO_2/PDMS涂层表面具有独特的微纳结构,与水的接触角达到154.3°;其腐蚀电位由碳钢的-0.77 mV正移至超疏水涂层的-0.24 mV,腐蚀电流密度则下降两个数量级,即从5.02×10~(-6)A·cm~(-2)下降至3.95×10~(-8)A·cm~(-2);超疏水涂层的交流阻抗值高于碳钢基底3个数量级。经过7 d的3.5wt.%NaCl溶液浸泡,超疏水涂层并未发生失重。制备的TiO_2/PDMS超疏水涂层具有超疏水效果和良好的长期耐腐蚀性。     

基于PS模板的SiO2疏水膜制备与研究

目的 研究聚苯乙烯(PS)刮涂速率、溶胶提拉速率、催化剂和陈化对疏水膜的表面粗糙度、透过率和接触角的影响规律.方法 通过绕线棒刮涂和浸镀等工艺在玻璃基板上制备玻璃/聚苯乙烯/二氧化硅(Glass/PS/SiO2)膜系,热处理去除PS后,在表面涂覆氟硅烷(FAS),得到透明疏水膜.采用光学轮廓仪和场发射扫描电子显微镜检测PS刮涂效果、膜层表面粗糙度以及微观膜层形貌.采用分光光度计测量样品的可见-近红外光学透过率.采用接触角测试仪得到疏水膜的静止水接触角.结果 当绕线棒刮涂速率为2 cm/s,采用碱催化SiO2溶胶,提拉速率由60 mm/min增至180 mm/min时,膜层表面粗糙度依次减小,150 mm/min对应的表面粗糙度为0.0251μm,样品的水接触角为139°.当绕线棒刮涂速率为3 cm/s,采用陈化时间较短的酸催化溶胶,可以制备得到接触角为150.5°、波长为380～1100 nm、平均透过率为88.3％的疏水膜.结论 表面粗糙结构受PS刮涂速率、SiO2溶胶的提拉速率及其性质的影响.采用酸催化的低黏度SiO2溶胶涂覆于PS模板层,经过热处理和表面改性可以得到类蜂窝结构的SiO2疏水多孔膜.     

TTPO改性的纳米TiO_2/有机硅杂化涂层（英文）

以钛酸丁酯(TBT)为前驱物、盐酸为催化剂、异丙氧基三(焦磷酸二辛酯)钛(TTPO)为表面改性剂,采用溶胶-凝胶法制备TTPO改性的纳米TiO_2/有机硅杂化涂层,研究了TTPO的用量对TiO_2有机硅杂化涂层膜结构和相关性能的影响。采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-vis)、铅笔硬度法和润湿性实验等分析手段对涂层进行了表征。结果表明:适量的TTPO可以明显提高纳米TiO_2与膜层的相容性,得到均匀平整、结构致密、硬度较高且疏水性增强的杂化涂层。然而,随着TTPO用量的增加,杂化涂层的膜结构出现孔洞,尽管疏水性有所增强,但涂层硬度也随之降低。当TTPO/TBT的摩尔比为1:0.01时,涂层具有较高的硬度和较强的疏水性。     

AZ31镁合金疏水性TiO_2陶瓷涂层的制备及其性能研究

镁合金由于易腐蚀限制了其应用领域。通过等离子体电解氧化(PEO)技术在镁合金表面制备TiO_2陶瓷涂层,从而提高镁合金的耐腐蚀性。对PEO过程放电特性及等离子体场活性物种成分进行分析。利用XPS、XRD、SEM、Tafel等方法分别研究了TiO_2陶瓷涂层的元素分布、组成、表面形貌及耐腐蚀性能等,并对PEO涂层的表面接触角进行测试。结果表明:制得的防腐涂层为锐钛矿Ti O2陶瓷涂层,涂层耐腐蚀电流提高了7个数量级,涂层表面接触角为112.4°,呈现疏水特性,这更有利于提升镁合金的耐腐蚀性。     

TiO2超疏水膜的制备及影响因素

采用溶胶-凝胶法于金属基片上制备了TiO2膜,经表面修饰低表面能物质1H,1H,2H,2H-十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)后,呈现良好的超疏水性能,通过实验优化确定了最佳实验条件,得到最佳TiO2超疏水表面,其与水的接触角达到173.7°。并研究了聚乙二醇(PEG)含量、TiO2纳米粒子含量和烧结温度和时间对超疏水性能的影响。     

等离子喷涂TiO2-CaF2复合涂层的结构及体外生物矿化能力

目的等离子喷涂TiO_2涂层是生物惰性材料,不能与骨组织很好地结合,制备TiO_2-CaF_2复合涂层以提高氧化钛涂层的体外生物矿化能力。方法利用等离子喷涂技术在医用Ti合金表面制备TiO_2-CaF_2复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱仪(Raman)对复合涂层的微观结构进行表征,利用接触角仪、三维轮廓仪和电化学工作站考察复合涂层的接触角、表面粗糙度和耐腐蚀性能。采用模拟体液(SBF)浸泡实验考察复合涂层的体外矿化能力。结果 TiO_2和TiO_2-20%CaF_2涂层主要由金红石型TiO_2构成,其中含有少量的锐钛矿型TiO_2成分。20%CaF_2的掺杂会促进金红石型TiO_2的形成。CaF_2的加入可改变TiO_2涂层的表面形貌,表面粗糙度Ra从4.96μm降低至0.94μm,亲水性也得到增强。TiO_2-CaF_2复合涂层在SBF中的耐腐蚀性能也较TiO_2涂层有所提高。经SBF浸泡28 d后,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的体外矿化能力,而TiO_2涂层则无此能力。结论 CaF_2的掺杂可使TiO_2涂层的表面粗糙度下降,亲水性增强,耐腐蚀性增强。体外矿化实验结果表明,TiO_2-CaF_2复合涂层表面可沉积类骨磷灰石,显示了较好的生物活性。     

基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。     

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。     

Ag/TiO_2/PA自洁净涂料的原位聚合制备及其抗菌性能（英文）

使用钛酸丁酯,乙酸,乙醇等材料,制备了含TiO_2纳米粒子浓缩液,其中TiO_2尺寸约250 nm,分配系数0.631。采用上述浓缩液,获得了纳米二氧化钛改性聚丙烯酸树脂(TiO_2/PA),并将其涂在铝箔上。通过紫外可见光谱和漫反射光谱(DRS),发现纳米二氧化钛有强烈的紫外线吸收效果。将改性添加剂加入浓缩液,并采用原位聚合方法,生成银纳米粒子,最后获香Ag/TiO_2/PA涂层。根据国标准GBT 1741-2007防霉测试,该Ag/TiO_2/PA外墙涂料没有观察到霉菌的明显生长。测试了Ag/TiO_2/PA对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性,质最低抑菌浓度(MIC)为7.285×10~(-5)mg/mL,银的抗菌效果显著,但是它不能消除细菌死亡后释放的有毒物质。对3种薄膜的光催化性能进行了测试,在464 nm的可见光下,Ag/TiO_2/PA外墙涂料存在时,甲基橙(MO)2.5 h后的脱色率接近50%,研究认为,该涂层的光催化能力来自于表面上的二氧化钛。     

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°。     

掺银二氧化钛薄膜的制备及其性能

采用四氯化钛水解法制备了一系列不同Ag掺杂量的纳米Ag-TiO_2复合薄膜,运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)谱、可见光透过(T%)光谱等手段对Ag-TiO_2进行了表征,采用接触角测量仪考察了Ag含量对TiO_2薄膜亲水性的影响,并以8W(λ=254nm)的UV灯作为光源,评价了各薄膜光催化降解亚甲基蓝的活性。UV-Vis测试结果表明,Ag的掺杂使TiO_2吸收边发生红移,有效增强可见光的吸收能力。PL测试结果表明,Ag能显著抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合。T%光谱测试结果表明,Ag掺杂不影响TiO_2薄膜的可见光透过率。Ag的存在大幅度提高了TiO_2薄膜的亲水性以及对亚甲基蓝的光催化降解活性,当掺杂Ag的质量分数为1%时,TiO_2薄膜与水的接触角几乎为0°,同时可使TiO_2薄膜的光催化活性提高约1.5倍。     

热喷涂制备纳米结构TiO_2涂层及其自清洁性能研究

利用液相热喷涂方法在铝过渡层表面制备纳米结构TiO_2涂层,对梯度涂层的组织成分和性能进行表征。结果表明:液相热喷涂工艺能有效地保持原始TiO_2粉末的晶型和纳米结构特征。所制备的纳米结构TiO_2涂层对亚甲基蓝的降解效率优于商用P25涂层,1h内降解率达到70%。由于铝涂层和TiO_2纳米结构涂层的综合效应,所制得的涂层具有优异的防腐蚀和自清洁性能。     

基于超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层研究

目的 将特定防污功能的纳米粒子引入到环氧复合涂料中,制备具有超疏水和卤代过氧化物酶活性协同防污的氧化铈纳米涂层。方法 以环氧树脂和羟基封端的聚二甲基硅氧烷为基质,球形氧化铈（CeO₂）纳米颗粒为填料,采用溶液共混的制备方式,通过空气喷涂法构建氧化铈超疏水纳米涂层。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪等设备对涂层进行表征,并以典型海洋污损生物芽孢杆菌和三角褐指藻为研究对象分析涂层的防污性能。结果 当涂层中纳米氧化铈的质量分数为55%时,氧化铈纳米涂层具有超疏水特性,接触角达到153°,接触角滞后低至3°。在防污性能方面,相比于环氧复合涂层,超疏水氧化铈纳米涂层对三角褐指藻和芽孢杆菌的防污率分别为97.5%和97.3%。在存在过氧化氢和溴化铵的条件下,失去疏水性能的氧化铈涂层通过卤代过氧化物酶的活性减少了96.2%的三角褐指藻和96.8%的芽孢杆菌贴附。结论 该体系所构建的纳米涂层在初期可以利用其超疏水性能防污,后期利用其卤代过氧化物酶的活性防污,实现防污的长效性。     

纳米TiO_2含量对等离子喷涂Al_2O_3/TiO_2涂层耐磨性的影响

采用大气等离子喷涂设备在H13热作模具钢表面制备了不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷复合涂层,并应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机等研究了陶瓷复合涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明,不同纳米TiO_2含量的Al_2O_3/TiO_2陶瓷涂层均为层片结构,存在一定的孔隙和裂纹,纳米TiO_2添加可以改善涂层表面质量。XRD图谱显示陶瓷涂层主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3和Rutile-TiO_2相组成,Al_2O_3再结晶过程中部分α-Al_2O_3转变为γ-Al_2O_3,且再结晶过程发生晶粒细化。涂层显微硬度平均值为1153 HV0.2。纳米TiO_2添加可以降低涂层摩擦因数,但其含量对涂层耐磨性影响不明显。     

纳米颗粒增强TiO_2涂层的制备及其防污性能

为提高二氧化钛涂层的防污性能,采用KH-550硅烷改性锐钛矿型TiO_2颗粒,并充分分散于二氧化钛凝胶涂层中。通过降解亚甲基蓝溶液、细菌贴附试验、藻类贴附试验,分别评价了涂层的光催化性能、抗菌性能及抗藻类附着性能,并利用激光共聚焦显微镜及扫描电子显微镜对藻类在涂层表面的附着情况进行分析。结果表明,添加TiO_2纳米颗粒涂层的防污性能较未添加TiO_2纳米颗粒涂层有较大程度的提高。添加粒径为5~10 nm TiO_2颗粒的二氧化钛涂层对小球藻、三角褐指藻及小新月菱形藻的附着降低率分别达到了92.1%、71.5%和62.1%,相较于纯二氧化钛涂层对3种藻类的附着降低率分别提高了29.7%、68.4%和43.5%。TiO_2颗粒的加入可以有效地提高涂层的光催化性能,光催化使得涂层具有亲水、抗菌及自清洁的性能进而有利于提高涂层的防污性能。     

纳米TiO_2/聚氨酯复合涂层的电化学阻抗研究

研究了含量分别为0%,1%,3%和5%(质量分数)的硅烷偶联剂改性前后的纳米TiO_2对涂覆在45#碳钢上的聚氨酯涂层耐蚀性能的影响。场发射电镜(FESEM)测试结果表明,未改性纳米TiO_2在涂层中以团聚体的状态存在,经过硅烷偶联剂KH-570改性后的纳米TiO_2在涂层中均匀分散,其中含量为3%的涂层结构最为致密。采用电化学阻抗(EIS)技术研究了纳米TiO_2/聚氨酯复合涂层在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的阻抗行为,实验结果表明添加硅烷偶联剂改性纳米TiO_2可明显提高聚氨酯涂层的耐蚀性,其中含3%改性纳米TiO_2的涂层在浸泡过程中,始终呈现一个时间常数特征,在浸泡至2880 h后,涂层电阻仍然为2.6×108Ω·cm2,明显高于其他组分的涂层电阻,表明该涂层具有最好的耐蚀性。     

抗菌元素对纳米TiO2涂层结构和性能的影响

目的为克服纳米氧化钛在黑暗条件下不具有抗菌效果这一缺点,使用抗菌金属元素Cu、Zn和Ag掺杂以提高其抗菌性能。方法利用大气等离子喷涂技术在钛合金表面制备Cu、Zn和Ag掺杂的TiO_2复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),对涂层的物相组成和表面形貌进行表征。利用接触角测量仪、三位轮廓仪、电化学工作站和电感耦合等离子体原子发射光谱,对涂层的亲水性、表面粗糙度、耐腐蚀性能和抗菌离子释放情况进行表征。利用细菌和涂层共培养实验来评价涂层的抗菌效果。结果抗菌金属元素掺杂没有改变TiO_2涂层的主要相结构,涂层主要由金红石相组成。涂层具有微米级的表面粗糙度,表面由粒径小于50 nm的粒子组成。掺杂使TiO_2涂层的亲水性略有降低。Cu掺杂的涂层的耐腐蚀性能大幅提升,抗菌金属离子在各涂层中都可以释放,且Cu掺杂涂层中的释放量最高。与细菌共培养24 h之后,TiO_2涂层没有显示出抗菌效果,掺杂后涂层表现出优异的抗菌性能。在有水存在的条件下进行紫外光预辐照,可以显著提高TiO_2涂层的抗菌性能,且掺杂后的涂层在经过预辐照后抗菌性能的提升大于TiO_2涂层。结论抗菌金属元素掺杂不改变涂层结构,同时大幅提高了等离子喷涂TiO_2涂层在黑暗条件下的抗菌性能,紫外预辐照处理能够使没有抗菌性能的TiO_2涂层具备抗菌效果,也能进一步提升掺杂涂层的抗菌效果。     

纳米TiO_2/聚氨酯复合涂层的电化学阻抗研究北大核心CSCD

研究了含量分别为0%,1%,3%和5%(质量分数)的硅烷偶联剂改性前后的纳米TiO_2对涂覆在45#碳钢上的聚氨酯涂层耐蚀性能的影响。场发射电镜(FESEM)测试结果表明,未改性纳米TiO_2在涂层中以团聚体的状态存在,经过硅烷偶联剂KH-570改性后的纳米TiO_2在涂层中均匀分散,其中含量为3%的涂层结构最为致密。采用电化学阻抗(EIS)技术研究了纳米TiO_2/聚氨酯复合涂层在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的阻抗行为,实验结果表明添加硅烷偶联剂改性纳米TiO_2可明显提高聚氨酯涂层的耐蚀性,其中含3%改性纳米TiO_2的涂层在浸泡过程中,始终呈现一个时间常数特征,在浸泡至2880 h后,涂层电阻仍然为2.6×108Ω·cm2,明显高于其他组分的涂层电阻,表明该涂层具有最好的耐蚀性。     

超疏水低红外发射率复合涂层的制备及性能表征

目的制备得到具有超疏水特性的低红外发射率涂层。方法以纳米SiO_2为微纳结构改性剂,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为树脂基体,Al粉为功能颜料,采用刮涂法制备得到了多种类型的改性和非改性PDMS/Al复合涂层。分析探讨了PDMS和Al粉配比、纳米SiO_2添加量及表面微纳结构层对涂层性能的影响规律及成因。结果 PDMS和Al粉配比对涂层发射率和光泽度影响明显,当PDMS和Al粉配比为6∶4时,涂层的发射率和光泽度可分别低至0.265和10.3,涂层的水接触角可达到109.5°,要明显高于传统树脂基低发射率涂层。添加纳米SiO_2可使涂层的粗糙度上升明显,从而使涂层的疏水性显著增强。当纳米SiO_2质量分数为8%时,涂层的水接触角可增大到130°,涂层的发射率和光泽度仍可低至0.330和9.8。PDMS/SiO_2微纳结构层可在PDMS/Al复合涂层表面形成明显的乳突状微纳结构,从而使涂层实现超疏水特性。当PDMS和纳米SiO_2配比为7∶3时,改性后的涂层水接触角可高达156°,同时具有相对较低的发射率(0.661)和极低的光泽度(2.1)。结论在PDMS/Al复合涂层表面构筑一定厚度的微纳结构层,可实现该涂层超疏水、低发射率和低光泽的兼容。