超疏水表面耐久性能的研究进展

超疏水表面由于其独特的表面润湿特性,具有很大的应用前景。但是超疏水表面的微纳米二元粗糙结构和低表面能物质极易受到磨损和油污等影响而遭到破坏或损耗,从而影响了其耐久性能,限制了其实际运用,因此研究超疏水表面的耐久性能具有重要意义。综述首先介绍了超疏水表面耐久性能差的主要原因,然后梳理了超疏水表面耐久性能的测试方法,对如何增强超疏水表面耐久性能的途径进行了总结,最后指出目前超疏水表面耐久性能研究中存在的一些问题,旨在对耐久性超疏水表面的研究进展有一个全面的认识,对耐久性超疏水表面的发展提供一些理论指导,并展望了未来耐久性超疏水研究的发展方向和趋势。     

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...     

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°。     

超疏水复合涂层的机械性能研究进展

超疏水表面具有杰出的防润湿特性,在防水、防污、防冰、自清洁等众多领域均具有极高的应用价值.超疏水复合涂层具有适用基材广泛、易加工施涂、成本低廉等诸多优势,是当下极具实用化前景的超疏水表面构建技术,然而涂层普遍较差的机械性能极大地限制了其在生活中的实际应用.总结并对比了超疏水表面的构建方法,简要介绍了影响超疏水涂层机械性...     

基于微胶囊技术的超疏水自修复涂层研究进展

超疏水涂层在自清洁、防腐蚀、抗凝冰、减阻等领域具有广阔的应用前景,但其耐久性还有待提高。由于微胶囊在修复剂的封装、制备等方面具备独特优势,利用微胶囊技术将修复剂封装,均匀分散于超疏水涂层后,涂层可同时具有疏水性和自修复性,但目前对微胶囊技术与超疏水涂层结合并进行归纳总结的文献较少。总结了微胶囊技术在超疏水材料自修复领域的研究现状,归纳了微胶囊超疏水涂层自修复的修复机理与常用制备方法,对不同刺激响应方式下微胶囊超疏水涂层的性能(响应速度、自修复效果、耐久性、耐磨性)进行对比。结果表明,以紫外光照射为修复手段的涂层机械耐久性较好,近红光刺激响应是微胶囊超疏水自修复涂层中响应修复效率最快、修复效果最好的修复方式,并且以紫外光和近红光双重刺激响应的超疏水涂层的耐久性、耐化学腐蚀性远超过单一刺激响应型超疏水自修复涂层。最后,提出当前基于微胶囊技术的超疏水自修复涂层存在的问题并对该涂层的应用前景进行展望。     

透明超疏水表面的研究进展

对于太阳能电池系统、汽车挡风玻璃、相机镜头等光学器件,高透明性是其功能的最重要指标之一.由于这些设备经常暴露在室外,大量的灰尘污垢会严重影响其性能.透明超疏水表面由于具有优异的光学和抗污性能,在光学器材领域有着很高的应用前景.首先总结了表面润湿性理论,主要包括Young润湿方程、Wenzel润湿模型和Cassie润湿模型,通过润湿性理论指出制备超疏水表面的条件——低表面能物质和粗糙结构二者缺一不可.其次,讨论了粗糙度和透明度之间的竞争关系,通过瑞利散射和米氏散射理论,得出制备透明超疏水表面还需要同时满足材料表面粗糙度小于100 nm.然后,归纳总结了近十年来透明超疏水表面常见的制备方法,如溶胶凝胶法、化学气相沉积法、模板法、相分离等方法,并对这些制备思路和方法进行了分析,概括了这些方法当前存在的一些问题.最后,简单介绍了透明超疏水表面在太阳能电池、光学元器件、光催化材料等领域的应用,并对透明超疏水表面的未来研究方向和应用前景进行了展望.     

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。     

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。     

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。     

镍基超疏水表面的制备及其在海洋腐蚀防护中的应用

采用电化学沉积-表面修饰两步法在金属铜表面制备了镍基仿荷叶超疏水表面,采用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、接触角测量仪等测试手段表征了所制备膜层的微观形貌、组成及润湿性,并基于Cassie模型理论分析了表面的润湿性与微观形貌间的相关性。在此基础上,采用电化学测试手段评价了所制备镍基超疏水膜在3.5%NaCl溶液中的腐蚀防护性能。结果表明:镍基超疏水膜可有效抑制金属基体的腐蚀过程,并提出了相应的腐蚀防护机制。     

仿生表面/涂层在金属腐蚀防护中的研究进展

首先分别概述了仿生非浸润表面（超疏水表面、超滑表面）和智能自修复涂层（缺陷愈合型自修复涂层、腐蚀抑制型自修复涂层）的仿生设计原理和制备技术,重点阐述和探讨了其在金属腐蚀防护领域的研究进展与存在的问题。然后进一步梳理了近年来通过将仿生非浸润技术与智能自修复技术相结合,构建自愈性超疏水表面、超疏水活性涂层和超滑活性涂层等多功能防腐蚀涂层的新策略。最后分别对非浸润表面和自修复涂层技术在金属腐蚀控制领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望,希望为仿生表面/涂层的设计、制备及防腐蚀应用提供有益的参考。     

表面改性水滑石的制备及其耐腐蚀性能研究

通过水热合成法制备一种硝酸根插层的Zn-Al水滑石,利用静电作用在水滑石表面沉积聚天冬氨酸,以其作为交联剂与缓蚀剂三价铈离子络合,完成对水滑石表面的改性;将改性后的Zn-Al水滑石分散在双组分水性环氧涂层中。扫描电子显微镜 (SEM) 和X射线衍射 (XRD) 的表面形貌和晶体结构分析、ζ电势测试以及EIS阻抗谱测试结果表明,表面改性后的水滑石应用于环氧涂层中能够起到明显的自修复效果,并能提高涂层的耐腐蚀性能。     

智能表面工程

表面工程自其诞生以来,经历了从传统表面工程向复合表面工程、纳米表面工程及表面工程自动化的发展,正在信息技术、生物技术、纳米科技等前沿领域中萌生。随着智能时代的来临,智能表面工程应运而生。智能表面工程是对摩擦表面赋予智能调控性能,使之具有自感知、自适应、自愈合能力,从而实现摩擦学行为的智能控制。介绍皮肤自感知、关节自感知、消化道自适应和表皮自愈合等人体表面智能性,触屏自感知表面、损伤自感知表面、摩擦自感知表面和触压自感知表面等自感知表面创新,自适应表面变色、自适应调光涂层、自适应疏水涂层、自清洁除尘表面、自适应隐身表面、自硬化耐磨表面和自减摩超滑表面等自适应表面创新,植物自愈合、自愈合聚合物膜、自愈合导电皮肤、自愈合离子皮肤、自修复防腐涂层、自愈合蛋白质体、自愈合关节软骨和自愈合磨损划痕等自愈合表面创新。以往的表面工程是对材料表面强化以提高其物理、化学、力学性能的技术和方法,而智能表面工程则是赋予材料表面自润滑、自抗磨、自耐蚀、自修复等功能的智能表面技术和方法。未来的智能装备离不开摩擦智能,摩擦智能必须有智能表面。智能表面制造须要深入研究仿生科学与表面工程技术交叉融合,因此在摩擦学、仿生...     

镁合金表面自愈合涂层进展

自愈合涂层能够一定程度地修复表面涂层的损伤,延长涂层的使用寿命,因此,广泛应用于镁合金表面处理领域。结合经典的自愈合涂层模型和理论,综述了镁合金表面自修复涂层的最新相关研究成果。铬酸盐转化膜是一种最典型的化学转化膜,其利用修复剂之间的化学反应来达到修补涂层损伤的目的,工艺简单,容易实现,但其修复涂层效果极大地受到修复剂填埋量的影响。以微囊微管为代表的微容器型自愈合涂层进一步丰富了自愈合涂层的设计理念,但因其工艺相对复杂、缓蚀剂装载量有限等问题也颇受限制,而利用多孔材料装载修复剂的等类微容器涂层是近期比较新颖的涂层设计思路。最新的研究工作则主要围绕多功能化的自修复复合涂层展开,自愈合效果往往只是复合涂层的一部分功能,也不再是对于涂层本身的修复,而更加注重利用涂层本身与腐蚀产物的共同作用达到对涂层功能的修复;无机类与聚合物类修复剂复合使用,共同增强自愈合效果。另外,根据实际应用条件设计的触发式自愈合,更贴近现实。     

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。     

基于自清洁型海洋智能防污涂层的最新研究进展

从自修复防污涂层、可逆切换粘附表面、自更新动态表面3个方面介绍了自清洁型海洋智能防污涂层技术的研究进展,及其在延长涂层服役寿命和主动防污方面起到的关键作用。自修复涂层通过微胶囊或可逆动态键修复破损的超疏水表面,延长其防污寿命。通过可逆切换粘附表面响应p H、应力或温度变化,进行亲/疏水表面的可逆切换,从而使污染物脱附。自更新动态表面可以根据周围微环境变化产生响应,发生聚合物降解、脱落、杀菌剂控制释放等行为,不仅可以减少污损生物的附着,而且可以使附着污损脱附。综述了自清洁型海洋智能防污涂层的研究成果,介绍了智能涂层在提高海洋防污方面的特点。基于现有研究的不足,对智能涂层的响应机制和应用方面的研究进行了展望。     

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。     

工程材料微裂纹自愈合技术及其机理

综述了工程材料表面及内部微裂纹自愈合技术及其机理的研究现状和进展，并提出普通金属材料使用过程中所产生裂纹的愈合技术和机制研究应提到日程上。     

微胶囊填充型自修复涂层材料研究进展

微胶囊填充型自修复聚合物及其复合材料是近年来高分子科学界的研究热点之一.总结了微胶囊填充型自修复涂层的修复机理.概括了常见的微胶囊填充型自修复涂层体系,包括双环戊二烯-Grubbs固化剂体系、环氧树脂固化剂体系以及极性溶剂-环氧树脂体系等,并对各体系的组成、微胶囊的稳定性及其影响因素、当前研究现状及未来发展前景进行了总结.介绍了常见的微胶囊制备方法,其中主要有原位聚合法和界面聚合法,并对各方法的原理、特点、应用范围及自身优缺点进行了介绍.对微胶囊填充型自修复涂层的性能(包括力学性能和耐蚀性能)评价方法进行了总结.自修复微胶囊的加入使涂层的断裂韧性修复效率超过90％,微胶囊使涂层层间附着力的修复效率达到87％.电化学实验可以从腐蚀电流和阻抗方面等证明微胶囊填充型自修复涂层比普通涂层具有更好的耐蚀性能,同时利用电化学实验也可以对微胶囊填充型自修复涂层的修复过程进行解释说明.最后对微胶囊填充型自修复涂层材料在不同领域的应用进行了总结,并针对微胶囊填充型自修复涂层材料未来的发展方向进行了展望.