磁控诱导超疏水柔性薄膜的制备及其性能研究

目的 采用简单的制备方案,在不同结构类型模板表面制备具有自清洁特性和良好移植特性的超疏水柔性薄膜。方法 磁性微粒为了在磁场环境中获得能量最低的平衡态,能自发响应与外加磁场平行的共线偶极矩粒子链。基于磁场环境中磁性微粒的受控机理,以不同粒径的羰基铁粉为磁性分散相,以聚二甲基硅氧烷为载体,配制出不同质量分数的磁性混合液,再采用湿膜制备器将磁性混合液分别涂敷在光滑的一次结构模板和具有规则微观形貌的二次结构模板表面,并将其置于磁场环境中,待磁性涂层在室温条件下预固化12 h后,再将涂层移至真空干燥箱中,在120℃下固化3 h,形成具有疏水性的柔性薄膜。结果 二次结构模板表面形成的柔性薄膜相较于一次结构模板表面,所形成的柔性薄膜的微观结构更具多样性,更有利于水滴在薄膜表面形成Cassie-Wenzel状态。采用接触角测量仪测试5μL的水滴在薄膜表面的抗润湿性能,结果表明,水滴在柔性薄膜表面的静态接触角大于150°,滚动角小于10°,并且所制备的样品不仅耐老化、结构适应性强,还具有自清洁等诸多特性,满足超疏水材料实际应用的要求。结论 一次结构模板和二次结构模板表面形成的连续型磁性微锥可使柔性薄膜表...     

超疏水钛合金表面制备及其抗海洋生物附着性能

为提高钛合金抗海洋生物附着性能,采用激光刻蚀技术在Ti6Al4V合金表面构建不同间距的微米级点阵结构,利用聚合物基纳米复合材料构建微/纳双层结构,制备超疏水Ti6Al4V合金表面。用光学显微镜和扫描电镜表征其形貌;用接触角测量仪测量试样的表面接触角;用浅海挂板的方法测试试样的抗海洋生物附着污损性能。结果表明,具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面为疏水表面。随着点阵间距的减小,接触角增大。当间距为50μm时,接触角可达131.8o,但试样的表面滚动角较大,将试样竖直甚至翻转,水滴都不滚落;具有微/纳双层结构的Ti6Al4V合金表面为超疏水表面,且随着点阵间距的减小接触角增大,滚动角减小。当间距为50μm时,接触角达163.8o,滚动角仅为1.89o。具有微/纳双层结构的超疏水Ti6Al4V合金表面抗海洋生物附着污损性能显著优于抛光Ti6Al4V合金表面及具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面。     

激光电沉积复合制备定域微纳结构及其超疏水性能研究

目的 实现金属超疏水表面特定微纳结构的定域制备。方法 利用激光电沉积复合工艺(LECP)制备出由Cu微米锥和Ni纳米锥所组成的定域微纳结构。首先,依次使用800目和2 000目砂纸机械抛光纯铜表面,皮秒激光刻蚀纯铜表面,获得周期性的微米锥结构,并电解去除熔融产物。在电沉积加工过程中引入激光辐照,进而控制Ni纳米锥结构的定域生长。分别将机械抛光、激光刻蚀、激光刻蚀后电沉积(常温、60 ℃)、LECP所制备的微纳结构表面进行化学改性处理,对所得样品的表面形貌、化学成分、疏水性能、自清洁、延迟结冰和耐腐蚀性能进行对比分析。结果 与激光刻蚀后电沉积相比,LECP能够定域制备Ni纳米锥结构。LECP定域制备的微纳结构表面经化学改性后实现了超疏水,其接触角为163°±2°,滚动角为1°±0.5°。与未加工微纳结构的表面相比,LECP制备样品表面水滴结冰时间延长近5倍,腐蚀电流密度减小了2个数量级。结论 本研究通过LECP实现了表面微纳结构的定域制备,为超疏水表面的应用提供了一种新的技术手段。     

超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展

超快激光具有脉冲宽度短、峰值功率高的特点,相对于长脉冲对材料造成的热影响几乎为零,这使得利用超快激光加工材料逐渐受到科学界的重视。 文中综述了超快激光辐照材料表面产生微纳结构的机理,总结了超快激光制备材料表面微纳结构的主要特点以及特殊性能的表现,针对超快激光加工不同种材料和采取不同种加工工艺两个方面进行论述,对材料表面结构的形貌形成、展现的性能及研究结论加以说明,并对各个工艺的优缺进行了讨论。 最后对超快激光制备仿生功能表面和生物医学材料表面等最新发展趋势进行了总结,并对超快激光制备材料表面微纳结构在未来研究发展中会遇到的问题进行了展望。     

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...     

超疏水仿生表面制造及其应用研究

本文采用等离子体反应气相沉积和飞秒激光技术分别对低表面能薄膜和方柱形微结构在钛合金上进行了制备,采用SEM对样品的表面形貌进行了表征,采用滴定角法对样品的疏水性能进行了评估,同时也对薄膜材料的力学性能进行了检测,获得了最佳工艺,并将上述两种技术复合,在钛合金上制备了仿生超疏水表面,检测结果表明：采用低表面能薄膜与微结构复合的方法,可以获得超疏水性能优异的钛合金表面,带有Cu薄膜的方柱形微结构水接触角可以达到156°,滚动角可达到8°。     

微纳分级结构超疏水金属表面的电沉积构筑及性能∗

表面粗糙度和表面自由能是影响材料超疏水特性的两个主要因素。 为了获得同时具有微纳分级结构和低表面能的超疏水金属镀层,在低共熔溶剂中采用先构筑微米尺度结构,再构筑低表面能纳米尺度结构的两步电沉积策略。 利用 SEM、EDS 和 FTIR 观察不同沉积时间(t = 0、0. 5、1 和 2 min)下沉积样品(分别命名为 Zn、Zn / Zn myristate-0. 5、Zn / Zn myristate-1 和 Zn / Zn myristate-2)的表面形貌和成分。 利用接触角测量仪和电化学工作站分析样品的超疏水性、耐腐蚀性、自清洁性及化学稳定性。 结果表明,Zn / Zn myristate 镀层表面呈现由微米尺度的纯锌多面体和纳米尺度的十四酸锌薄片构筑而成的微纳分级结构;随着沉积时间增加,十四酸锌纳米薄片逐渐长大、交联并形成网状结构。 得益于其特殊的表面微纳结构和表面组成,Zn / Zn myristate-2 镀层表现出优异的超疏水(CA = 156. 7±1. 5°、SA = 2. 5±0. 3°)、耐腐蚀和自清洁特性。 稳定性测试表明,Zn / Zn myristate-2 镀层在空气(12 周)和 3. 5 wt. %的 NaCl 溶液(6 d)中表现出优异的超疏水稳定性。     

铝合金超疏水表面的构建及其稳定性与自清洁性能研究

目的 通过化学刻蚀结合阳极氧化法,制备具有优良机械稳定性和自清洁性能的铝合金超疏水表面.方法 采用盐酸化学刻蚀结合草酸阳极氧化法,对1060型铝合金表面构筑了具有阶梯-孔状微纳结构,再经过低表面能物质十八胺的修饰,获得了超疏水表面.探索表面微纳米结构对铝合金超疏水表面机械稳定性等性能的影响.结果 经过砂纸磨损200 c...     

微纳结构对硅基超疏水表面冷凝特性的影响

目的 研究微米结构中心距对微纳二级结构超疏水硅表面热交换效率的影响。方法 首先采用湿法腐蚀在硅表面构建中心距分别为22、24、26、28、30 μm的微米四棱台结构,然后采用溶胶-凝胶法在表面涂覆疏水的纳米二氧化硅颗粒,获得微纳二级结构超疏水表面。通过表面接触角测量仪分析表面的湿润性,通过扫描电镜观察表面的微观形貌特征,使用光学显微镜观察冷凝小液滴自迁移现象,使用电子天平称量表面的冷凝集水质量。结果 当纳米结构相同时,随着微米结构中心距的增加,液滴静态接触角减小,冷凝小液滴的自迁移频率变慢,相同时间段内,平均集水效率下降。当相对湿度大于90%时,会出现表面“淹没”现象。微纳二级结构超疏水硅表面（微米结构间距22 μm）的集水效率是单独微米结构硅表面的1.38倍、单独纳米结构疏水表面的1.27倍、疏水硅光片表面的1.75倍、光二氧化硅亲水表面的3.6倍。结论 当纳米结构相同时,在一定范围内适当减小微米结构的中心距,有助于增强微纳二级结构超疏水硅表面热交换效率。     

单晶硅表面微纳结构构建及其疏水性能分析

利用去除晶胞的方式在单晶硅100晶面的表面构建不同结构的光栅微纳结构及方柱阵列微纳结构,同时采用MD数值模拟方法,结合疏水结构模型,建立适用于光栅及方柱阵列微纳结构的结构模型,将理论接触角与仿真测量接触角对比并分析,从微观尺度上验证试验结果,得出两种结构参数对表面疏水性能的影响。研究结果表明：在去除一层晶胞的前提下,方柱阵列微纳结构的接触角为131°,其疏水性能更强。而结构参数在Cassie Baxter模型条件前提下,疏水性能随着疏水结构间的间距宽度增加而增大,随疏水结构宽度增大而减小。     

一步法制备超疏水表面及其防覆冰性能研究

目的 提高铜网表面的防除冰性能.方法 以铜网为基底材料,用纳米胶带将铜网和聚四氟乙烯(PTFE)固定在一起,采用飞秒激光直写技术将PTFE纳米颗粒部分嵌入铜网,采用一步法制备了PTFE附着铜网的超疏水表面,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对其微结构进行形貌分析.结果 在PTFE低表面能和粗糙度共同作用下,所制备的表面表现出优异的超疏水性能,水的接触角为152°,滚动角为4°.在此基础上探究了其微观结构对表面润湿性和防覆冰性能的影响.结果 表明,PTFE附着铜网的超疏水表面能有效延长冷凝液滴结冰时间,与未垫PTFE的铜网相比,结冰时间延长1.2倍.在冷却过程中,液滴从Cassie状态向Wenzel状态转变,PTFE附着铜网的超疏水表面能维持将长时间的Cassie状态.并且结冰后依然能保持较低的黏附力,最小冰黏附力为2.55 kPa,相比普通的超疏水表面缩小了近2.5%.同时能够实现冷凝液滴的高效快速自去除,还显示出优异的自清洁性能.结论 PTFE附着铜网的超疏水表面可有效延长结冰时间,降低冰黏附力,具有优异的冷凝自去除和自清洁性能,且在5.01 V的电压下,铜网表面能够有效防止冰的形成.     

超疏水表面高效制备方法及其在养殖工程中的应用

目前规模养殖业中养殖舍内灰尘、皮屑、粪污沾染问题严重,严重影响了环境清洁与动物健康。金属超疏水表面由于具有的特殊性质,有望成为改善养殖环境的重要手段。以鸭羽表面结构为仿生原型,以不锈钢为基底材料,利用激光加工方法制备仿生结构,同时利用低温硅油-热处理方法改变表面化学。最后通过超景深显微镜、SEM、XPS、接触角测量仪等对表面的理化性质进行测试。结果表明,通过表面结构与化学的双重影响,制备后的表面获得较好的超疏水性（接触角156.8°,滚动角2.7°）,表面的自清洁性获得大幅提升,同时表面粪污粘附情况得到明显优化。通过激光-硅油热处理工艺,加工效率与经济性相比于传统超疏水表面制备方法得到显著提升,且制备过程清洁环保,可为仿生超疏水功能表面在养殖工程中的应用提供重要支持。     

金属锌与PTFE改性建筑陶瓷表面的润湿性能研究

目的 结合金属锌和聚四氟乙烯(PTFE)改性技术,制备具有微纳复合结构表面的超疏水、防污染、自清洁建筑陶瓷。方法 基于现有工业陶瓷生产方法,在陶瓷釉料中掺入质量分数为60%的金属锌粉,通过高温烧结在陶瓷表面构建微纳复合结构,随后在其表面喷涂PTFE涂料进行低表面能处理,从而制得超疏水性建筑陶瓷。利用扫描电镜和光学轮廓仪,观察陶瓷表面微纳形貌。通过X射线能谱仪,对陶瓷表面的化学元素组成进行分析。使用光学测量系统,测量水滴在陶瓷表面的静态接触角和滚动角。根据测试结果分析5种烧结温度对陶瓷表面微纳结构和润湿性能的影响。结果 随着烧结温度的升高,陶瓷表面的均方根粗糙度(S_q)先增大后减小,对应的疏水性能先增强后减弱。在1 000℃(保温10 min)烧结温度下,S_q达到最大值,为(17.52±2.54)μm,表现出最优的超疏水性能,其静态接触角和滚动角分别为165.6°和8.2°,并且该表面展示出良好的防污能力和耐磨性。结论 液滴与陶瓷表面接触时,由金属锌粉烧结形成的微纳复合结构和低表面能的PTFE起耦合协同作用,陶瓷表面与液滴形成固-液-气三相复合...     

印刷电解法制备具有可控微纳结构的防结霜铜金属功能表面

目的提出一种在金属表面制备可控的微纳结构的方法,改善金属表面的疏水性。方法利用丝网印刷快速制备可控微细图案,电解加工快速加工出微细结构,化学氧化法制备出纳米结构,从而成功地在铜表面制备了具有微米纳米复合结构的超疏水表面。在此过程中,首先通过丝网印刷辅助电解加工制备有序微圆柱阵列,然后利用化学氧化在微圆柱表面制备纳米结构,通过扫描电子显微镜(SEM)和接触角来表征铜表面的超疏水性能,用质量变化法研究了铜表面的抗结霜性能。结果丝网印刷的圆形掩膜直径为140~160μm,电解加工后,圆柱直径为130~140μm,高度为15μm左右。SEM测试结果表明,用15wt%FeCl_3溶液进行蚀刻,在铜表面出现了圆柱阵列的微纳复合结构。用氟硅烷乙醇溶液改性微纳复合结构圆柱阵列铜表面时,最大接触角为155°,表现出超疏水性能。抗结霜测试表明,所测试的超疏水表面的抗结霜性能显著增强。结论印刷电解法可以制备出形状和尺寸可控的微结构,对微结构进一步处理可得到微纳复合结构。该结构可以构成超疏水表面,且具有抗结霜性能。     

激光表面织构铝基低黏附双疏表面

通过激光表面织构化加工方法在铝合金表面制备出一种微米尺度的特殊凹坑结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、超景深三维显微镜观测表面形貌;用接触角测量仪表征液滴在表面的润湿特性;通过高温稳定性、低温抗结冰实验和自清洁实验研究表面的温度特性和自清洁特性。结果表明:表面由规则有序的凹坑结构排列组成,且各凹坑带有一定的凸肩结构。表面对水滴的静态接触角最高达到154.6°,滚动角小于5.2°;对甘油的接触角最高达到150.3°,滚动角小于8.7°。超疏水表面在抗结冰和自清洁方面表现出优异的性能,为表面在油、水或两者的混合介质等领域内的应用提供一定的参考。     

基于飞秒激光和自组装技术提高树脂涂层疏水性的工艺

目的 针对超疏水涂料功能持久性差的问题,提出一种将飞秒激光加工技术与微球近场效应原理相结合在氟化有机硅树脂表面制备微纳米仿生结构的解决方案。方法 模仿蝴蝶翅膀鳞片微结构特征,以平滑的氟化有机硅树脂表面为基体,采用纳米自组装技术在其表面生长一层二氧化硅微球薄膜,然后设置飞秒激光器的参数,利用激光脉冲能量加工单层二氧化硅微球薄膜,二氧化硅微球颗粒对激光能量有进一步的聚焦加强作用,可以加工微纳米尺寸的结构。重点研究激光功率和扫描速度等参量对氟硅树脂图案形貌及疏水性的影响,并对比分析超疏水涂料和仿生微纳米表面的疏水功能持久性。结果 激光扫描速度和功率参量对仿生表面疏水性能的影响较大,在激光功率为9 mW、扫描速度为10 mm/s、加工间距为10μm时可以获得最佳疏水性能,其接触角达到150°以上,通过常用的摩擦磨损测试实验,对比分析实验结果发现,氟硅树脂层经历200～1000次摩擦后,其接触角（CA）的下降幅度低于传统涂料组,说明具有仿生纳米坑结构的表面的耐磨性更强。结论 利用飞秒激光加工的纳米微孔阵列结构可以明显提高氟硅树脂的疏水特性,并具有优异的持久性。