仿生超疏水表面的制备与应用的研究进展

近些年,受自然界中具有超疏水性表面的动植物的启发,在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。伴随研究者们对超疏水性表面更加深入的研究,众多制备超疏水表面的方法不断出现,本文介绍了影响表面润湿性的因素,归纳超疏水涂层表面的6种常用的制备方法,其中包括等离子体法、刻蚀法、溶胶-凝胶法、沉积法、模板法、层-层自组装法等方法,以及超疏水表面在流体减阻、防积雪防冰冻、防腐蚀、油水分离等方面的应用情况;并对超疏水将来的发展进行了展望。应进一步研究力学性能的稳定性、被损的自修复能力等。     

特殊润湿表面制备方法及表面形貌研究进展

特殊润湿表面的不同制备方法可以制备出各种形貌的超疏水 /超亲水，或者两者兼顾的表面，从而引起表面润湿性，以及物理、化学稳定性等方面的差异。本文对超疏水、导向型超疏水、吸附型超疏水、超双疏以及超疏水 -超亲水共存表面共 4种类型润湿表面进行了总结，对采用化学刻蚀法、模板法、溶胶 -凝胶法、诱导沉积法、层层自组装法、激光处理法、 3D打印法 7种不同方法制备出的 9种表面润湿形貌（柱状、球体、圆锥体、线状 /棒状、无定型状、金字塔状、 T型、蘑菇型、三重凹角型）的研究现状进行了综述。对未来需要深入研究和探索的特殊润湿表面形貌，以及实际应用中可能存在的问题进行了总结和展望。     

超疏水表面自修复及应用的研究进展

超疏水表面因具有诸多优异特性而展现出良好的应用前景,但在实际应用中容易受到外界机械力损坏或化学侵蚀,赋予超疏水表面自修复性能可以较好地改善表面耐久性,延长其使用寿命。本文针对修复构成超疏水表面的微观结构与低表面能物质展开论述,介绍了在湿度、温度、光等外界因素的引发下超疏水表面对低表面能物质的修复行为与特点,以及以形状记忆聚合物为主制备的超疏水表面对微观结构进行修复的过程。此外,介绍了具有自修复性能的超疏水表面在防腐蚀、油水分离、防覆冰等领域的应用。最后,讨论了通过优化表面结构和化学组成开发自修复超疏水表面的挑战和前景,环保型且无需外界刺激即可迅速对微观结构与低表面能物质进行双重修复的超疏水表面具有重要的研究意义。     

超疏水/超双疏表面自修复方式的研究进展

超疏水/超双疏材料存在耐久性和稳定性的问题,因此很大程度影响了超疏水/超双疏材料的实际应用。受自然界中荷叶、三叶草等超疏水表面在受到破坏后,表面粗糙结构和表面组成可以恢复直到生物死亡的启发,科研学者通过不断探索研究出修复超疏水/超双疏材料的一些方式。本文从低表面能物质和表面微观结构的自修复角度出发,综述了影响超疏水/超双疏表面的自修复方式。当超疏水/超双疏表面受到物理破坏或者化学破坏时,失去超疏水以及超疏油性能,在温度、相对湿度、机械、UV等诱导条件下,低表面能物质迁移至表面完成自修复过程以及表面微观结构的自修复,从而使超疏水以及超疏油性能得以恢复。价格低廉的环保材料和系统性地研究自修复的机理是将来超疏水/超双疏自修复材料的主要研究方向。     

超疏水性表面上水滴移动的观察与解析

在微流体研究领域,为了开发低阻力的固-液界面材料,人们关注和研究水滴在超疏水性表面上的运动。在该项研究中,笔者使用超高速摄像技术观察在超疏水性表面上水滴的移动,考察材料表面与水滴的相互作用以及表面的物理和化学特性的影响。这一研究是为了实现超疏水性表面上水滴的可控运动而进行的基础研究。     

耐久型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其特殊的润湿性和广泛的应用引起了人们的关注。然而,在使用过程中超疏水表面容易受到机械作用或化学攻击的影响,造成低表面能物质的缺失或微纳粗糙结构的破坏而丧失超疏水性能。因此,如何构建耐久型超疏水涂层是超疏水领域的一个巨大挑战。基于此,本文主要从耐磨和自修复两个角度综述了耐久型超疏水表面的最新研究进展。首先,从引入化学键、引入弹性材料和利用基材表面构筑微纳粗糙结构等方面总结了提升超疏水表面耐磨性的途径。其次,从低表面能物质的自修复、微纳粗糙结构的重构以及本体自修复等方面总结了超疏水表面自修复性的实现途径。并对耐久型超疏水表面的产业化状况进行了讨论。最后,对耐久型超疏水表面今后的发展进行了展望,以期为制备应用广泛的耐久型超疏水表面提供参考。     

化学沉积法制备超疏水表面的研究进展

近年来,超疏水表面因在生活、工农业生产和基础研究领域具有广泛而重要的用途而引起了研究者的广泛兴趣,本文将对化学沉积法制备超疏水表面的研究进展作一介绍。     

基于溶胶-凝胶技术法制备疏水表面

浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何形貌共同决定的。通常将与水的接触角超过120°的表面称为疏水表面,由于疏水涂层独特的表面特性在国防、工农业生产和日常生活中都有重要应用前景。Shang和Pu等通过在SiO2纳米粒子涂层表面组装低表面能含氟聚合物的方法,制备具有疏水性能的涂层,     

颗粒模板法制备表面具有超疏水性生漆膜

用颗粒模板法对生漆膜表面改性，将高温预固化后的漆酚膜表面覆压嵌入碳酸钙颗粒模板，待漆膜完全固化后再用酸洗除去模板，制备得到表面具有超疏水性的生漆膜。通过接触角、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等分析方法，研究了改性漆膜表面的润湿性、化学及形态结构。结果表明，当颗粒模板粒径为3000目时，改性漆膜表面的接触角可达153.5°,表现出超疏水特性。生漆膜改性后表面的化学组成未发生变化，但其表面产生了微/亚微米级的复合多孔结构，此多孔粗糙结构是漆膜表面呈现超疏水性的原因。改性漆膜表面还显示出良好的超疏水持久性。     

氟硅低聚物杂化疏水表面的盐水污垢特性

采用溶胶-凝胶法制备了一种氟硅低聚物杂化疏水材料并在铜基表面上涂覆了疏水涂层.基于动态热阻法,在盐度为0%和7%的条件下,测试了改性表面的盐水抗垢性能.结果表明,涂覆了氟硅低聚物杂化疏水涂层具有较低的表面能,垢层与金属表面之间的附着力差,污垢不易沉积.不同盐度下涂覆涂层的污垢热阻的渐进值低于铜表面的渐进值,抗垢效果明显.     

含氟超疏水表面制备研究进展

超疏水表面在防水、防污、抗冰方面的突出性能使得其在生产和生活中诸多方面有着良好的应用前景。利用现有材料中表面能最低的的含氟材料,配合溶胶凝胶法、粒子填充法、模板法、气相沉积法、相分离法、等离子体处理法、刻蚀法等技术所构造的微观结构,即可使表面获得超疏水性能。对含氟超疏水表面制备技术取得的新进展进行简要的介绍,并对其前景进行了展望。     

耐腐蚀超疏水超亲油不锈钢网的制备及其在油水分离过程中的应用

以不锈钢网为基底,通过化学刻蚀法制备微米级粗糙表面,通过一步浸泡法将st9ber法制得的疏水亲油纳米Si O2颗粒沉积到粗糙的不锈钢网表面,制备了具有微纳二级粗糙结构的超疏水超亲油不锈钢网。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和接触角测量仪(CA)表征了超疏水超亲油不锈钢网的表面形貌、化学组成和润湿性能,并将其用于油水分离过程中。结果表明,疏水亲油纳米Si O2颗粒成功的沉积到不锈钢网表面;水滴在超疏水超亲油不锈钢网上的接触角最大为151°,煤油的接触角为0°;制备的超疏水超亲油不锈钢网不仅能高效的分离不同种类油和水的混合物,还能高效的分离油和腐蚀性液体(强酸或强碱水溶液)的混合物,其耐腐蚀特性可满足复杂环境下的油水分离要求。     

超疏水表面的影响因素与制备的研究进展

在结合外部环境的影响并充分考虑表面化学组成与表面微观结构的基础上,科学研究工作者们已经探究出超疏水性表面的制备方法,并成功制备出超疏水性能表面。伴随研究者们对超疏水性表面更加深入的研究,众多制备超疏水表面方法的不断出现,简单介绍影响表面润湿性的因素,归纳超疏水涂层表面的4种常用的制备方法,其中包括等立体法、激光刻蚀发、溶胶-凝胶法、气相沉积法等方法;并对超疏水将来的发展进行了展望。     

油水分离膜表面结构可控合成及性能研究

石油开采过程中会产生大量的油水混合物,每天生产生活中也会产生大量含油废水,如何处理这些油水混合物,是环境保护和可持续发展的重大需求。针对含油量较高的油水混合物,本工作制备了疏水-超亲油分离膜。以机械性能较好的泡沫镍为过滤基体,采用电沉积方法,在泡沫镍表面沉积铜颗粒,构筑亲油疏水表面。研究了沉积电位和沉积时间对表面结构的影响,并测试了分离膜表面结构、表面粗糙度及水滴在膜表面的接触角,并对所制备的分离膜进行油水分离性能测试和多次循环的稳定性测试。结果表明,所制备的分离膜具有良好的循环分离性能,对于油水混合物循环十次后分离效率仍在90%以上。本研究为高效油水分离膜材料开发提供了新思路,并拓展了电化学表面改性的应用领域。     

超疏水表面研究进展

超疏水表面由于其独特的润湿性,在自清洁等领域具有非常重要的作用。本文阐述了超疏水表面的研究背景、制备超疏水表面的基本方法和含氟及无氟超疏水表面的最新研究进展,总结了当前超疏水表面仍需解决的问题并提出了建议,最后对未来绿色环保的超疏水表面进行了展望。     

超疏水功能涂层材料研究获进展

近日,中国科学院兰州化学物理研究所利用简便、经济、实用的复合有机涂层材料制备方法,在铝、铜、钢等金属材料表面构筑出了具有微／纳米结构的超疏水表面功能涂层材料,解决了超疏水涂层材料在工程应用中构筑方法复杂、工程实用困难的关键技术问题。     

超疏水功能涂层材料研究获进展

近日,中国科学院兰州化学物理研究所利用简便、经济、实用的复合有机涂层材料制备方法,在铝、铜、钢等金属材料表面构筑出了具有微距纳米结构的超疏水表面功能涂层材料,解决了超疏水涂层材料在工程应用中构筑方法复杂、工程实用困难的关键技术问题。     

Cu/Ni复合仿生超滑表面耐蚀性能研究

本文针对碳钢在海洋环境中腐蚀严重的问题,采用水热法结合化学气相沉积技术及注入润滑油的三步法在碳钢表面制备了Cu/Ni复合仿生超滑表面。研究了仿生超滑表面对碳钢基体的腐蚀防护性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(EDS)分析了碳钢表面水热反应2 h后形成的Cu/Ni涂层的形貌及组成成分;通过接触角测试分析了Cu/Ni疏水表面的润湿性;运用动电位极化曲线和交流阻抗谱(EIS)研究了仿生超滑表面在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明,Cu/Ni膜层呈现微纳米级粗糙结构,Cu/Ni膜层疏水涂层与水滴的接触角为127.8±1°,Cu/Ni仿生超滑表面腐蚀电流密度为2.96×10-7A·cm-2,相比于碳钢基体降低了2个数量级,对碳钢基体具有一定腐蚀防护作用。     

气相沉积涂层技术与模具表面强化处理

介绍了在模具表面上气相沉积涂层的方法，分析了物理气相沉积和化学气相沉积的工艺特点及应用，指出模具表面气相沉积技术的发展方向。     

疏水性聚酯薄膜的制备及表面形貌分析

利用NaOH溶液化学刻蚀聚酯薄膜成功制得疏水性薄膜.研究了聚酯在碱性溶液中发生水解反应时外界条件对刻蚀结果的影响规律,分析了外界化学条件引起表面微观物理形貌的变化及其所对应的表面特性.结果表明,薄膜经pH为12的碱液在40℃下超声刻蚀5 min左右,并用无水乙醇浸泡,可达到与水接触角120°以上的疏水效果.