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.     

MB8镁合金表面超疏水复合膜层的制备与表征

利用微弧氧化技术在镁合金表面制备微米级粗糙结构,采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理,得到二氧化硅纳米颗粒均匀分布的粗糙表面,再利用全氟硅烷改性,制备得到具有超疏水性的复合膜层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、高速摄影系统评价膜层的形貌结构和润湿性。结果表明,微弧氧化层所具有的微米级结构和纳米二氧化硅颗粒组成的微/纳二元粗糙结构对疏水性的提高具有重要作用;复合膜层表面的接触角随二氧化硅分散液浓度的提高呈现先增加后减小趋势,并最终逐渐稳定在150o左右;在二氧化硅分散液浓度为10.0g/L时,复合表面的接触角最大,可达161o,在此条件下获取的复合表面对不同pH值的液滴均具有超疏水性。同时该表面对水滴呈现低黏附特性。     

镁合金材料表面处理技术研究新动态

对镁合金材料近年来在表面微弧氧化、表面超疏水膜层、激光表面改性以及溶胶-凝胶涂层四个方面的研究动态进行了简要综述。镁合金材料采用双极性和混合(单极和双极的组合)电流模式微弧氧化处理的膜层生长速率较快,膜层更致密且硬度更高,膜层的耐磨性和耐腐蚀性能更好。在高浓度苛性碱为主的强碱性溶液中添加适量的添加剂,经短时间(~3 min)微弧氧化处理,即可获得中性盐雾试验达200 h以上的致密耐腐蚀膜层。采用水热法、电化学刻蚀、微弧氧化和电沉积等方法,可在镁合金材料表面形成具有微纳米多级结构的粗糙表面,再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰,可在镁合金表面获得超疏水膜层,从而提高镁合金的耐腐蚀性能。镁合金材料激光表面改性处理可改善其表面成分,细化晶粒,使组成相分布更均匀以及提高表层的固溶度极限,从而提高镁合金材料的耐腐性能、摩擦磨损抗力和疲劳强度。溶胶-凝胶有机/无机杂化涂层与镁合金基材良好的附着力,不仅可提高镁合金的耐腐蚀性能,还可以使镁合金具有抗氧化、耐磨损、防水性以及其他性能。     

基于 SiO2及表征气凝胶的玻璃超疏水化改性

采用溶胶-凝胶技术结合酸碱两步法制得SiO2醇凝胶分散液,然后通过简单的旋涂法和常压干燥技术在玻璃表面上构筑SiO2气凝胶薄膜,从而一步法实现玻璃表面低表面能物质的修饰和粗糙结构的构建,赋予玻璃表面超疏水、自清洁的特性。考察制备条件是否老化对玻璃表面形成的SiO2气凝胶薄膜性能的影响。结果表明,经过60℃老化后的SiO2凝胶,在玻璃表面制备出的SiO2气凝胶薄膜具有更加优异的超疏水性能,静态水接触角可以达到165.6°,滚动角小于1°。     

超疏水性氧化铝薄膜的制备与防粘附行为

利用溶胶-凝胶法制备得到氧化铝薄膜,然后通过热处理、沸水处理和脂肪酸修饰后得到一种超疏水性氧化铝薄膜.通过考察材料表面的润湿性和表面结构,对超疏水性氧化铝薄膜的制备过程、润湿性能和防粘附行为进行了研究.结果表明:沸水处理使氧化铝薄膜获得了多孔的粗糙结构,而接枝脂肪链使其表面获得了疏水性的有机层.正是由于其特殊的表面结构和化学组成,使水滴难以渗入到由大量空气占据的空隙中,从而使氧化铝薄膜表现出超疏水特性和良好的防粘附行为.     

超疏水膜层防腐蚀机理及气相法制备技术研究进展

综述了超疏水膜层的防腐蚀机理,分析了超疏水膜层表面微-纳二元粗糙结构、表面能与其疏水性的关系,重点介绍了超疏水膜层表面的气垫效应和毛细效应,并阐述了超疏水膜层对金属的防腐蚀机理和腐蚀破坏机理的研究现状。同时鉴于气相法制备技术具备操作简单、成本低、环境友好、适用范围广、制备膜层可重复性好、膜层均匀等优点,综述了3种常用气相法制备超疏水膜层技术—常温常压化学气相沉积技术(常温常压CVD)、等离子化学气相沉积技术(PECVD)和气溶胶辅助化学气相沉积技术(AACVD)的研究进度和各自的优缺点,以及存在的问题。展望了气相法制备技术在超疏水防腐蚀膜层制备中的研究方向。     

生物模板法结合溶胶-凝胶技术制备二氧化硅中空微球材料(英文)

生物模板法与溶胶凝胶技术的结合是实现无机中空微球材料快捷、高效制备的有效途径。本研究利用油菜花粉为模板,以正硅酸四乙酯为前驱体,通过溶胶-凝胶包裹的方法制备了二氧化硅中空微球。通过将二氧化硅溶胶吸附到花粉颗粒表面形成包裹层,再经过烧结处理将花粉模板去除的方法,可以方便地制备表面有一定特殊形貌的二氧化硅中空微球材料。利用扫描电子显微镜,电子能谱仪以及傅里叶变换红外光谱对花粉颗粒和所制备的二氧化硅中空微球进行表征。结果表明:利用花粉颗粒为模板,结合溶胶-凝胶方法可以成功制备具有特殊表面结构的无机中空微球材料,在这一过程中,物理吸附作用是主要的影响因素。     

利用两种粒径的二氧化硅体系制备超疏水表面（英文）

利用Stber方法制备了粒径为550 nm的二氧化硅小球和粒径为10nm的二氧化硅溶胶。通过两步提拉法得到了其有类似荷叶表面的微米-纳米结构的超疏水表面。二氧化硅小球的分散性对形成此二元结构具有重要影响。通过六甲基二硅氮烷对溶胶的修饰,所得到的薄膜无需经后续处理即可表现出超疏水性质。此方法相对于三甲基氯硅烷对薄膜的后处理能得到更加优异的疏水性。最终得到的超疏水表面是均匀的二元结构和较低的表面自由能共同作用的结果,在此表面上疏水角可达170°。     

基于微/纳二元结构镁合金超疏水膜层的制备

利用微弧氧化技术在镁合金表面制备微米级粗糙结构,采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理,再利用全氟硅烷改性,制备得到具有超疏水性的复合膜层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、高速摄影系统和电化学工作站评价膜层的形貌结构、润湿性和耐蚀性。结果表明:微弧氧化层所具有的微米级结构和纳米二氧化硅颗粒组成的微/纳二元粗糙结构对疏水性的提高具有重要作用;复合膜层表面的接触角随二氧化硅分散液浓度的提高呈现先增加后减小的趋势,并最终逐渐稳定在150°左右;当二氧化硅分散液溶度为10 g/L时,复合表面的接触角最大可达161°。同时该表面对水滴呈现低黏附特性。动电位极化曲线表明:与镁合金基底相比,微弧氧化层和复合膜层的耐蚀性提高2~3个数量级。     

溶胶-凝胶法制备不同膜系结构的宽带减反膜（英文）

利用酸催化的二氧化钛溶胶、酸催化的二氧化硅溶胶以及碱催化的二氧化硅溶胶,基于λ/4-λ/2和λ/4-λ/4膜系结构制备了TiO_2/SiO_2和SiO_2/SiO_2两种双层宽带减反膜。TiO_2/SiO_2减反膜具有M型透射光谱,在400~800 nm波段内实现了良好的宽带增透效果,适用于太阳能电池板表面玻璃的减反射需求:此增透膜还具备优异的耐刮擦性和光学稳定性,基本满足户外使用的要求。TiO_2/SiO_2减反膜具有平滑的透射光谱,相500~850 nm波段具有超过99.5%的平均透过率:经氨气氛热处理及三甲基氯硅烷化学修饰后,此增透膜具有良好的疏水性和耐刮擦性,基本满足强激光系统中氙灯挡板玻璃的使用需求。     

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。     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。     

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。     

硅橡胶超疏水涂层的撒粉法制备

当前在橡胶基体上构建超疏水表面的方法大多较为复杂,不易制备,研究一种简单方法是十分必要的。以高温硫化硅橡胶(HTV)为基体,把基体打磨后在其表面覆盖一层聚二甲基硅氧烷(PDMS),采用表面撒粉法将二氧化硅(SiO₂)粉末均匀撒在未固化PDMS上,固化后制得HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面。采用扫描电子显微镜、三维形貌及接触角测量仪对硅橡胶超疏水涂层的微观形貌和疏水特性进行分析。结果表明：HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面构建出许多微纳突起粗糙结构,表面粗糙度Sa达到35.695μm;HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面的静态接触角平均值达154.5°,相较于原始硅橡胶平均静态接触角112.4°提升了37.5%;液滴体积一定时,液滴接触到超疏水表面后的铺展直径和第一次弹起高度随着滴落高度的增大而增大;液滴滴落高度一定时,液滴铺展直径和初次弹起高度与液滴体积成正比。利用PDMS固化过程结合撒粉工艺构建超疏水微纳结构,可为硅橡胶超疏水表面研究提供一种简单、低成本方案。     

溶胶-凝胶法制备超疏水性纳米复合防腐涂层

通过溶胶-凝胶旋涂法在不锈钢基底上制备了具有超疏水性能的介孔碳复合SiO2涂层。通过TEM,SEM及静态接触角、电化学测试技术(Tafel和EIS)等对其结构、疏水性能和耐蚀性等进行表征。结果表明:在不锈钢基底上形成了乳突状形貌,水在涂层表面静态接触角达到163°。该超疏水性SiO2/介孔碳复合涂层具有优良的防腐性能。     

基于磁流变弹性体膜的可控疏水表面制备与表征

针对目前超疏水表面制备工艺复杂、成本高等问题,采用工艺简单的磁场调控方法,基于磁致链化效应,将磁性颗粒-聚二甲基硅氧烷复合材料薄膜前驱体在外加匀强磁场作用下固化,得到具有微纳粗糙结构的可控疏水性磁流变弹性体膜(MREF)。利用扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对其表面形貌和润湿性进行表征分析。结果表明,制备的磁流变弹性体膜具有随机分布的微米级山状突起结构,通过控制制备磁场强度可以改变表面粗糙度特征,水滴接触角从110°提高到158.2°,呈现超疏水特性。进一步研究表明,通过控制磁性颗粒粒径尺度、磁性颗粒质量分数、薄膜厚度等因素,可以构建不同表面特征的磁流变弹性体膜,进而实现对表面疏水性的调控。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

MoSi2-硼硅玻璃鳞片状高发射率耐高温涂层

为了从本质上改变传统高辐射率耐高温涂层刚度大、脆性明显的问题,受自然界中蛇皮结构的启发,将浆料法与溶胶-凝胶法相结合,采用硅溶胶作为溶剂,MoSi2作为发射剂,硼硅玻璃作为高温粘结剂,制备出具有鳞片状结构的柔性高发射率耐高温涂层。与组成、面密度以及烧结制度相同的致密涂层相比,鳞片状涂层在保障其高的发射剂含量与发射率的同时,具备了非常高的柔韧性,其抗接触损伤、抗热震以及抗弯曲强度等多个力学性能均得到了不同程度幅度的提升。     

光催化型超疏水自清洁涂层研究现状

光催化型超疏水自清洁涂层是在超疏水涂层的基础上通过物理、化学方法复合光催化材料获得光催化性能，使涂层可以在光照作用下将有机附着物进行分解并通过超疏水表面达到自清洁的效果。本文对国内外光催化型超疏水自清洁涂层的构建方式进行总结，将其归纳为表面构造法、共混法、包覆法3类，构造方法的不同对涂层性能的影响方面也有所区别。与单一功能的超疏水涂层相比光催化型超疏水自清洁涂层更能解决实际应用中所面临的问题。此外，本文对光催化型超疏水自清洁涂层的相关性能进行了横向对比，对影响涂层性能较为关键的耐久性能进行了整体的整理分析，并归纳了目前研究当中的光催化型超疏水自清洁涂层的机械耐磨性、耐腐蚀性、耐冲击性和自愈性能，分析了其耐久性提升机制。最后，对光催化型超疏水自清洁涂层未来的应用前景进行了展望，建议从超疏水-光催化协同作用机制、基底结合强度提升、成本控制和复合涂层自修复等方面对光催化型超疏水自清洁涂层进行研究。