疏水/超疏水Ti合金表面液滴的运动特性

采用激光加工技术在Ti6Al4V合金表面构建点阵微结构,利用自组装分子膜技术在微结构表面沉积低表面能物质,制备疏水/超疏水表面。采用自制测试系统测试液滴在试样表面的静态接触角和滚动角,用高速摄像机拍摄液滴滴落到试样表面的运动过程。结果表明,经激光加工和低表面能修饰可构建Ti6Al4V疏水/超疏水表面,其最大接触角为151.4°,表面静态接触角随点阵间隔的增大而减小;液滴静态接触角与液滴滴落高度相关,同一表面上的液滴静态接触角由最后一次滴落高度决定。液滴滴落到水平试样表面的铺展系数由试样表面粗糙度和静态接触角决定,表面粗糙度和静态接触角越大,液滴铺展系数越小。当滴落高度从0 mm增大到20 mm时,铺展系数的增大幅度约为50%。     

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。     

Q235碳钢表面SiO2/PDMS超疏水涂层的制备及防腐性能研究

目的 提高Q235碳钢的耐腐蚀性能。方法 在Q235表面先提拉聚二甲基硅氧烷(PDMS),预固化后再次提拉含疏水气相二氧化硅的PDMS分散液,完全固化后在Q235表面构建一个SiO2/PDMS超疏水涂层。通过扫描电镜、激光共聚焦显微镜、能谱、接触角、砂纸磨损、划格试验对涂层的形貌、结构和表面性质进行分析;采用电化学工作站对涂层的耐腐蚀性和耐久性进行评价。结果 SiO2纳米粒子被镶嵌在PDMS中,在Q235表面形成了一种微纳粗糙结构,平均粗糙度为2.2 μm;涂层表面能仅为5.6 mJ/m²,接触角为152.6°;涂层机械稳定性和结合力优异,砂纸磨损15个周期及划格试验30个周期后,仍保持超疏水。电化学研究表明,在Q235表面引入SiO2/PDMS后,阻抗提升了2个数量级,电容降低了6个数量级;腐蚀电位正向移动了0.419 2 V,腐蚀电流密度降低了3个数量级;涂层对Q235的防腐效率高达99.8%,呈现出优异的耐腐蚀性。在腐蚀液中浸泡一周后,SiO2/PDMS涂层仍保持超疏水和优异的耐腐蚀性,表明涂层耐久性良好。结论 以PDMS为疏水层,纳米SiO2为填料构筑粗糙表面,通过条件控制实现防腐底层和超疏水表层间的界面融合,从而引入稳定的SiO2/PDMS超疏水涂层,提高了Q235的耐腐蚀性和耐久性。本研究为在金属表面构筑稳定的超疏水涂层提供了一种方法,有望拓展金属在恶劣环境中的应用。     

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。     

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...     

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。     

表面粗糙度对硅橡胶材料表面超疏水性的影响

采用一种简单的方法制备出了硅橡胶超疏水性表面;将模具内表面做成一定的粗糙度;按照常规成型工艺,将液体硅橡胶浇注在模具内使其固化,待固化完毕后脱去模具,得到不同粗糙度的表面.经过接触角测量仪测定和扫描电子显微镜分析,结果表明:当硅橡胶表面粗糙度Ra=6.63 μm时,在其表面形成了类似于荷叶的乳突结构;在乳突表面还有亚微米级的小颗粒存在,形成了微米亚微米两级的粗糙结构,材料表面与水的静态接触角为153.5°,滚动角为8°,材料具有超疏水性;当硅橡胶表面粗糙度 Ra<6.63 μm时,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而增加,当Ra=6.63 μm,静态接触角出现最大值153.5°.当表面粗糙度Ra>6.63 μm,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而减小.     

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。     

电场辅助镁锰超疏水类水滑石膜的制备及耐蚀性研究

为了进一步提升镁合金作为生物医用材料的临床应用，本研究采用电场辅助法在ZK60镁合金表面制备了超疏水类水滑石膜(SH)以提高耐蚀性，并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析了膜层的表面成分和形貌，实验结果表明膜层表面主要成分为肉豆蔻酸钙(Ca[CH₃(CH₂)₁₂COO]₂)和镁锰类水滑石膜(Mg₆Mn₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O)。用电化学测试和接触角测试表征了膜层的耐蚀性，最佳制备工艺下超疏水膜层试样接触角达到152.5°，腐蚀电流密度(4.73×10^-7A·cm^-2)与基体(6.53×10^-5 A·cm^-2)相比下降了约2个数量级，显著减缓了镁合金基体在模拟体液(SBF)中的降解速率。     

化学刻蚀-阳极氧化复合制备钛合金超疏水表面试验研究

目的 提高TC4钛合金超疏水表面的疏水性、耐腐蚀性与力学性能。方法 首先选择化学刻蚀法对TC4钛合金进行处理制备出微米级结构，再采用阳极氧化法制备出纳米级结构，最终在试样表面制备出了具有微纳分级结构的超疏水表面。通过观察微观结构表面、Tafel测试、线性磨损试验、抗冲击性测试以及防冰性能测试，分别对H₂O₂刻蚀、强酸刻蚀、阳极氧化、H₂O₂刻蚀-阳极氧化和强酸刻蚀-阳极氧化制备的超疏水表面进行性能对比。结果 使用双氧水-碳酸氢钠混合溶液制备出的超疏水表面接触角为156.4°，滚动角为2.7°；硫酸-盐酸混合溶液制备出的超疏水表面接触角为153.1°，滚动角为7.6°；阳极氧化法制备的超疏水表面接触角为156.3°，滚动角为4.2°；双氧水-碳酸氢钠混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为157.6°，使用硫酸-盐酸混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为155.9°，二者滚动角均小于2°。复合方法制备的表面疏水性能优于单一方法制备的超疏水表面。超疏水试样的OCP都高于TC4钛合金，经过强酸刻蚀和...     

织构参数对复合绝缘子硅橡胶表面疏水性能的影响

为提高硅橡胶复合绝缘子抗污闪及冰闪能力,采用激光雕刻机在其伞裙试样表面加工一系列不同类型的织构,使其具有超疏水性。采用三维形貌仪、SEM观察织构表面形貌特征,采用接触角测量仪、高速摄像机等进行疏水性能分析。分析了织构参数对硅橡胶表面疏水性能的影响,得到各织构疏水性能最佳时的尺寸参数及水滴弹跳性能。结果表明：设计的表面织构可明显改善硅橡胶表面疏水性能;不同织构疏水性最佳时织构高度基本相同,但织构宽度和间距参数不同。凸起织构相较于凹坑织构表现出了更好的疏水性能,其中菱柱织构表面具有最优的超疏水综合特性,能够有效的减少水滴在表面的停留,减少覆冰。     

丙烯酰胺浓度对聚二甲基硅氧烷表面涂层性能的影响

硅橡胶的疏水特性致使其在体内的减阻性能较差,亟须开展其表面亲水性能和润滑性能均良好的工艺研究。以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基材,以丙烯酰胺（AAm）为反应单体,通过紫外光固化工艺在PDMS表面制备5种不同浓度的聚丙烯酰胺（PAAm）涂层,对涂层的表面成分、表面粗糙度、厚度、亲水性能及润滑性能进行表征,讨论AAm浓度对涂层性能的影响。结果表明：AAm浓度对涂层厚度和粗糙度有显著影响,即随着AAm浓度的提升,涂层厚度和粗糙度均呈上升趋势;AAm浓度也改善涂层的亲水性能和润滑性能,即与基材PDMS(110°)相比,含20 wt.%AAm的涂层接触角低至18.24°,降低到基材的16.6%;含8 wt.%AAm的涂层摩擦因数低至0.039,与基材PDMS相比降低98.2%。提出一种硅橡胶表面构建牢固涂层的简单且高效的方法,可为软材料表面改性提供较好的借鉴。     

凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究

目的 为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法 通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果 凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论 合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换...     

耐久超疏水涂层的制备及其防冰防腐自清洁性能

超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等领域具有广阔的应用前景,然而目前仍无法大规模制备稳定的超疏水表面。提出一种操作简单、成本低廉的方法,在铝合金基材上通过一步喷涂法制备出耐磨超疏水涂层。首先在铝合金基体表面涂覆环氧树脂粘结层,待其达到半固化状态时,喷涂硬脂酸修饰的微米 SiO₂ 和纳米 TiO₂ 粒子混合悬浮液,固化后该涂层与水的接触角为~ 155.4°,滚动角为~3°,实现了超疏水性。试验结果表明,该超疏水涂层具有较好的耐磨耐久性,在胶带剥离、砂纸摩擦、 紫外光长时间照射以及不同 pH 液滴等多种测试条件下仍具有良好的超疏水性。此外,此超疏水涂层在极端寒冷的天气下可以显著延缓水的冻结时间。环氧树脂和疏水颗粒的协同防腐作用使超疏水涂层在海水中表现出良好的防腐蚀性能。所制备的超疏水涂层还具有优异的自清洁特性,且因 TiO₂ 粒子本身的光降解性能,该涂层还可用于光降解污染物和净化水质。这种简单、环保的超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等方面具有潜在的应用前景,可为克服传统超疏水表面使用耐久性差的问题提供解决思路。     

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。     

激光加工超疏水表面抗结冰性能研究进展

在低温环境中，表面结冰会严重影响户外装备的运行效率和安全，基于疏水材料的新型被动式防除冰方法引起了广泛关注。超疏水表面凭借其优越的拒水、抑制冰核形成和降低冰黏附强度等能力，在防除冰技术领域表现出广阔的应用前景。激光加工技术具有高效率和灵活性，成为制备超疏水表面的有效方法，并被进一步用来研究表面的抗结冰性能。首先，概述了固体表面润湿理论和结冰机理。其次，综合评估了激光加工超疏水表面的抗结冰性能，包括静态水滴延迟结冰时间、动态水滴累积、冰黏附强度、延迟结霜与抗冻能力、表面积冰与除冰等方面。静态水滴延迟结冰时间受到水滴与表面接触界面的成核速率和传热速率的影响，动态水滴累积与表面润湿性密切相关，冰黏附强度反映了表面对冰的附着性和除冰的难易程度。超疏水表面具有显著的延迟结冰能力，但在低温高湿条件下，表面的超疏水性可能会减弱，甚至失效。除冰过程也可能破坏超疏水表面的微观结构，进而影响其持续的抗结冰性能。最后，对超疏水表面激光加工与抗结冰性能的未来研究方向进行了展望。     

楔形亲油轨道-超疏水复合图案化表面液滴引导及润滑增效研究

目的 实现液滴及润滑油在超疏水表面定向引导,并将其运用于机械摩擦副,改善摩擦润滑性能。方法 提出一种简单的超疏水高疏油涂层制备方法,即在硅烷耦合剂作用下利用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）改性气相纳米二氧化硅,经交联固化处理后制得具有超疏水高疏油特性的涂层。通过FT-IR分析涂层成分、SEM观测涂层形貌,验证了涂层制备方案的有效性。通过纳秒激光在疏油涂层上加工亲油楔形图案化表面,进行表面流体引导实验。通过开展球-盘标准摩擦实验和滚动轴承温升实验来验证楔形亲油图案化表面流体引导,用于实现机械摩擦润滑增效的有效性。结果 通过对涂层表面进行成分分析,验证了C-F键长链在二氧化硅粒子表面上的成功枝接。通过对涂层表面进行形貌观测,验证了表面微纳米粗糙结构的成功构建。所制备得到涂层表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为157°、142°、143°、144°、136°、145°。相比之下,普通铝板表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为46°、16°、17°、20°、15°、24°,涂层具有优异的超疏水高疏油特性。通过...     

硅橡胶涂料的研究进展

硅橡胶涂料是一种应用十分广泛的多功能涂料。概述了硅橡胶涂料的优点,包括表面能低、机械性能和热性能稳定、耐腐蚀、阻燃等。同时归纳了硅橡胶涂料在改性过程中存在的问题,包括与无机纳米粒子相容性较差,表面处理步骤繁琐等。在此基础上,重点综述了近年来改性硅橡胶涂料在防覆冰、自清洁、阻燃、防腐蚀领域的研究进展。防覆冰硅橡胶涂料改性方式主要有添加纳米粒子改性、添加聚合物改性、对涂层进行表面处理等,同时介绍了表面形貌对结冰机理的影响;自清洁硅橡胶涂料主要通过表面处理、添加纳米粒子或聚合物改性制备;阻燃硅橡胶涂料可以与其他阻燃剂复配使用,同时也能赋予涂覆物自清洁性能;防腐蚀硅橡胶涂料可以通过添加聚合物形成交联网络、添加纳米粒子改性或等离子体氧化制得。针对应用于不同领域的硅橡胶涂料,分别从改性方式的可操作性,添加不同组分对所制备涂料结构与性能的影响,涂料的多功能化等方面进行了归纳,最后展望了硅橡胶涂料未来的研究方向。