CaCO3/SiO2复合粒子涂层的表面结构及其疏水性能研究

以机械高速搅拌法制备了具有草莓结构的CaCO₃/SiO₂复合粒子,并对其进行了表面修饰改性.利用聚硅氧烷的自组装功能,将制备的复合粒子与硅氧烷一起制备了具有“荷叶效应”的超疏水涂层,静态水接触角达169°,滚动角约为2°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微米-纳米相结合的双层粗糙结构.微米凸起的粒径在2～3μm左右,纳米凸起的粒径约为200nm左右,与荷叶具有类似的结构排布方式.通过原子力显微镜和接触角的测试,探讨了表面微观结构、涂层粗糙度和涂层疏水性能之间的关系.结果表明：复合粒子构成的非均相界面的水接触角符合Cassie模型.复合粒子赋予涂层的双微观粗糙结构与自组装成膜硅氧烷的低表面能的协同效应,使涂层具有了优良的超疏水性能.     

有机-无机自组装制备类荷叶结构超疏水涂层及其性能研究

以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)为连接剂,利用硅氧烷水解形成硅羟基的自组装功能,将聚四氟乙烯(PTFE)烧结形成的纳米级纤维与硅氧烷团聚的微米级粒子结合,制备了具有类荷叶表面形貌的超疏水涂层,其静态水接触角达152°,滚动角约为5°.通过扫描电镜观察涂层的表面微观形貌,发现该涂层具有微/纳米二级结构.利用Cassie方程,探讨了表面微观结构和涂层疏水性能之间的关系.用电化学交流阻抗谱(EIS)分析覆有涂层的试样在模拟腐蚀环境下的腐蚀行为,结果表明该试样的腐蚀电流比裸钢片降低了3～4个数量级,说明该涂层具有较好的防腐性能。     

复合SiO2粒子涂膜表面的超疏水性研究

采用溶胶-凝胶法制备不同粒径和形状的SiO2粒子,并利用氟硅氧烷的表面自组装功能制备了具有仿生类"荷叶效应"的超疏水涂膜.通过原子力显微镜、扫描电镜和水接触角的测试对膜结构及性能进行了表征,探讨了SiO2粒子的粒径和形状对材料微观结构,表面粗糙度和疏水性能的关系.结果表明,含单一粒径涂膜表面水接触角符合Wenzel模型;而复合粒子构成了符合Cassie模型的非均相界面,单纯的粗糙度因子不能反映水接触角的变化,复合粒子在膜表面的无规则排列赋予涂膜表面不同等级的粗糙度,使得水滴与涂膜表面接触时能够形成高的空气捕捉率和较小的粗糙度因子,这与在涂膜表面能形成自组装分子膜的氟硅氧烷共同作用赋予了涂膜超疏水性能.     

纳米CaCO3/TiO2复合粒子制备超疏水膜

采用溶胶-凝胶法,用γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲基氧硅烷和油酸修饰纳米CaCO3/TiO2复合粒子,制备具有类似荷叶表面形貌的超疏水涂层。结合扫描电镜、红外光谱、热重和示差扫描量热仪对复合粒子进行表征。结果表明,纳米TiO2粒子物理复合在纳米CaCO3表面,复合粒子经修饰后引入了疏水性的甲基,形成纳米复合双重粗糙结构,使所制备的涂层表现出优良的超疏水性能,其中接触角为162.1°,滚动角7°。     

羟基硅油改性SiO2制备复合粒子及超疏水涂层的制备与性能

利用羟基硅油的独特性质改性纳米SiO₂制备了一种具有纳米结构的弹性微米级复合SiO₂粒子，并用其与107硅橡胶复合制备出了超疏水涂层。探究了粒子用量对疏水性的影响。使用扫描电镜、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪和热失重分析仪对改性后的粒子和超疏水涂层进行表征。结果表明：羟基硅油改性后的粒子与硅橡胶涂料相容性极好，由于粒子表面的硅氧烷分子链能与硅橡胶分子链缠结，且拥有多级粗糙结构的粒子能与固化后的硅橡胶树脂产生机械咬合，因此超疏水涂层拥有良好的机械性能。在40%含量时综合性能最好，疏水角为154.6°,能在500g负载下(约5.4kPa压强),在1000目砂纸上磨损6m仍具有良好的超疏水性。     

基于纳米Si02的透明疏水表面制备与抑霜性能研究

在自然对流条件下对竖直放置的透明超疏水表面和无修饰玻璃表面可视化结霜研究.结果表明,纳米二氧化硅在表面形成了几百纳米的纳米聚集团,使得表面凹凸不平,这种结构与荷叶表面的均有类似的微纳粗糙结构,制备出的表面最大接触角为153.1°,表面具有超疏水特性;在不同粒径下研究发现随着纳米二氧化硅粒径的降低其接触角是逐渐增大的;涂...     

仿生超疏水涂层的制备及其性能

目前,超疏水涂层多采用含氟低表面能化合物制备,成本较高,工艺较复杂,限制了其推广应用.为此,通过在环氧酚醛涂料中加入具有疏水作用的表面活性剂和微米轻质碳酸钙颗粒改变涂料的表面状态,在碳钢表面制备了具有仿荷叶表面结构的疏水涂层.利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌和疏水性能进行了表征.结果表明:涂层的结构与荷叶表面的的乳突结构具有较好的一致性,水滴在涂层表面的接触角得到了显著提高;涂层具有良好的疏水功能.     

MWCNTs改性复合超疏水涂层及其耐化学性能

以低表面能聚甲基苯基硅氧烷共聚改性的环氧树脂为基体,纳米SiO2和多壁碳纳米管(MWCNTs)为填料,制备了具有耐化学介质特性的复合超疏水涂层。研究表明,有机硅共聚改性环氧树脂基体接触角为101°,具有良好的附着力和较高的硬度;复合涂层具有明显的类荷叶表面微-纳米二级结构;当MWCNTs的含量为3wt%时,涂层的接触角可达154°,滚动角为5°;在80℃下,2500ppm的含硼水溶液中浸泡15h后,未经MWCNTs改性涂层的接触角降至143°,失去了超疏水性能,50h后,降至98°,基本失去了疏水性。经MWCNTs改性后的EPPM3涂层,浸泡15h后,仍保留完好的二级微-纳米结构,接触角仍高达151°;浸泡50h后,接触角降至132°,仍具有较高的疏水性。     

碱式硫酸镁晶须复合SiO2纳米粒子制备高/低黏附性超疏水涂层

超疏水材料因性能独特,应用前景广阔而被广泛关注。本文采用碱式硫酸镁晶须(MOSWs)与二氧化硅纳米粒子制备超疏水涂层,首先对MOSWs及50 nm、500 nm SiO₂进行表面改性以降低表面能,然后基于混料实验将三者按比例混合以构造表面粗糙度,以接触角、滚动角及平均粗糙度R_a为响应变量建立回归模型,分析了混合分量的形貌、尺寸与混合比例对响应变量的影响,并探讨了超疏水涂层微观结构对水滴黏附性的影响以及粗糙度与超疏水性能之间的关系。结果表明：MOSWs复合SiO₂纳米粒子可制备具有不同黏附性的超疏水涂层,单独使用MOSWs可制备高黏附性超疏水涂层,其接触角达152.59°,涂层水平倒置水滴不滴落;而MOSWs与50 nm SiO₂以相同质量分数混合,可制备低黏附性超疏水涂层,其接触角达163.25°,滚动角可趋近0°。所制备涂层的平均粗糙度R_a值位于5～10μm之间时,接触角较大,滚动角较小,超疏水性能较佳。     

超疏水-亲水CaBi4Ti4O15涂层制备及其表面浸润性研究

采用简单的涂抹方法, 在衬底上制备了CaBi₄Ti₄O₁₅涂层; 经不同温度退火和120℃放置处理, 得到了浸润性从超疏水到亲水, 其表面接触角从152.5°到43.6°变化的CaBi₄Ti₄O₁₅涂层表面; 通过扫描电镜分析,研究了不同退火温度下涂层表面微观结构变化对表面 浸润性的影响. 结果表明: CaBi₄Ti₄O₁₅涂层表面晶粒和孔洞尺寸变化是导致其表面浸润性从超疏水到亲水变化的主要原因, 而包含纳米颗粒的阶层结构导致亲水CaBi₄Ti₄O₁₅涂层表面呈现出超疏水性.     

碱土铝酸盐长余辉发光颜料表面包膜的研究

采用四乙氧基硅(TEOS)为硅包膜剂,在SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺发光颜料颗粒表面进行包膜,通过扫描电镜(SEM)、粒度测量、BET比表面积测试及X射线光电子能谱(XPS)分析,证实发光颜料颗粒表面包覆了一层厚度约为14nm的致密均匀的SiO₂纳米膜.耐水性能及发光性能测试表明,包膜后发光颜料耐水性明显改善,发光性能变化较小.分析表明包膜过程实际上是水合二氧化硅在颜料颗粒表面的溶胶-凝胶过程,其最佳工艺条件为:包膜溶液pH约为10;包膜温度控制在80℃;包膜时间为3.0h.     

碳纤维颗粒增强CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层及其耐磨性能

提高耐磨性能是推动仿生超疏水表面走向实际应用的关键挑战之一。设计了二氧化铈微米粒子增强PMMA/PVDF超疏水复合涂层配方,获得了水珠接触角达152°、水珠滚动角为5°的超疏水复合涂层。该涂层经过落砂磨损试验后接触角下降为103°、滚动角增大为20°。采用碳纤维颗粒对CeO2/PMMA/PVDF超疏水复合涂层进行增强,优化配方的接触角达153°、滚动角达到5°。经过相同落砂磨损试验后,增强后的复合涂层水珠接触角能在一定程度磨损后达到140°左右。可见,CeO2/PMMA/PVDF复合涂层具有良好的超疏水性能,碳纤维颗粒增强是提高该涂层耐磨性能的有效方法。     

由SiO2/3Y-TZP包裹复合粉体制备ZrSiO4/3Y-TZP细晶陶瓷

对湿化学法制备的ＳｉＯ_２／３Ｙ－ＴＺＰ包裹复合粉体进行了热压烧结研究,并利用Ｘ射线衍射和透射电镜表征了烧结体的物相和显微结构．在低于１３００℃,复合粉体发生瞬时粘性烧结,材料密度迅速提高;随着烧结温度的升高,ＳＩＯ_２和ＺｒＯ_２发生反应生成ＺｒＳｉＯ_４．在１５００℃热压条件下,制备了平均晶粒尺寸为３５０ｎｍ的ＺｒＳｉＯ_４／３Ｙ－ＴＺＰ细晶复相材料．我们认为,在烧结过程中形成的第二相ＺｒＳｉＯ_４,特别是ＳｉＯ_２包裹层对抑制基体晶粒长大起主要作用．     

α-Ni(OH)2/SiO2核壳以及α-Ni(OH)2空心微球的制备及表征

采用以正硅酸乙酯(TEOS)水解为基础的硅溶胶种子生长法制备了粒径约为270nm的近单分散二氧化硅球型颗粒.采用一种新的溶液生长法,以氢氟酸作为溶液中镍离子配位剂,加入氨水调节溶液pH值的同时作为镍离子补充配位剂,60℃水浴条件下在已制得SiO2微球表面均匀包覆α-Ni(OH)₂得到Ni(OH)₂/SiO₂核壳结构,Ni(OH)₂壳层厚度约为35nm.结合多步包覆法提高Ni(OH)₂壳层厚度,三次包覆后壳层厚度达到约100nm,四次包覆后约为140nm.采用20wt％的强碱NaOH溶液对三次包覆后的Ni(OH)₂/SiO₂核壳结构进行处理,得到了壳层厚度约为95nm的α-Ni(OH)₂空心微球.空心微球具有较大的比表面积为141.06m²/g.     

Al2O3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al₂O₃微滤膜表面制备TiO₂纳米涂层, 并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理, 获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪, 傅立叶变换红外光谱仪, 原子力显微镜, 水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO₂纳米涂层的晶型结构, 探讨了TiO₂沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系, 研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明: 在600℃退火1 h后, 获得锐钛矿结构的TiO₂纳米涂层。随TiO₂沉积时间的延长, 膜表面粗糙度增大, 水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态; 当TiO₂沉积时间为50?min, PFDS改性3次时, 获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌, 水接触角达到174.5°。     

Facile preparation and property analyses of L-CNC/SiO2-based composite superhydrophobic coating

In recent years, superhydrophobic coatings have received extensive attention due to their functions of waterproof, antifouling, self-cleaning, etc. However, wide applications of superhydrophobic coatings are still affected by their disadvantages of complex preparation, low mechanical properties, and poor ultraviolet (UV) resistance. In this study, cellulose nanocrystal containing a small amount of lignin (L-CNC)/SiO₂ composite particles were used as the main material, polydimethylsiloxane (PDMS) as the adhesive and perfluorooctyltrichlorosilane (FOTS) as the modifier to prepare superhydrophobic coatings by a one-step spray method. The resulted coating showed excellent superhydrophobicity (water contact angle (WCA) of 161° and slide angle (SA) of 7°) and high abrasion resistance (capable of withstanding 50 abrasion cycles under the load of 50 g). Moreover, it still maintained good superhydrophobicity after 5 h of exposure to the UV light (1000 W), displaying its good UV resistance. This study provides theoretical and technical reference for the simple preparation of organic‒inorganic composite superhydrophobic coatings with high abrasion resistance and good UV resistance, which is beneficial to improving the practicability and broadening the application scope of superhydrophobic coatings.     

纳米SiO2@超支化PDMS复合超疏水涂层的制备与性能调控

超疏水涂层在实际应用中受化学腐蚀、刮擦磨损等外界环境的影响,易造成涂层老化、开裂甚至脱落,造成涂层失效。因此,针对这一问题,设计出具备耐候性的自修复超疏水表面：以超支化聚二甲基硅氧烷为柔性基底和低表面能物质,引入纳米二氧化硅构筑表面粗糙结构,制备超疏水涂层。当SiO₂粒径为50 nm、固含量为30wt%时,得到了接触角为154.87°的超疏水涂层。经过5次胶带剥离试验,涂层表现出良好的机械稳定性。经历10次温差循环试验和24 h紫外光照射后,涂层表面接触角仍大于150°,表明涂层具有良好的耐候性。涂层经过80℃、2 h的热处理可修复划痕,表明该涂层具有一定的自修复功能。同时,Tafel及Nyquist测试结果表明,对基底进行超疏水处理可显著提高防腐性能,并且该涂层具有明显的自清洁效果。综上所述,本文所制备的纳米SiO₂@超支化聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合超疏水涂层具有自修复功能,为自修复超疏水涂层的开发提供了新的研究策略。     

C/SiO2同轴复合纤维的制备及性能研究

以SiO₂溶胶为壳层,聚丙烯腈(PAN)溶液为芯层,采用同轴静电纺丝法制备了PAN/SiO₂同轴复合纤维. 经过预氧化,炭化处理,得到1μm的C/SiO₂同轴复合纤维. 采用傅立叶红外分析仪(FTIR)、X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)表征了同轴纤维结构和纤维截面形貌,表明利用同轴静电纺丝技术在碳纤维上制备了厚度约20nm的SiO₂涂层. 采用网络分析仪研究了同轴复合纤维的吸波性能,纤维质量分数为20％时,同轴复合纤维介电常数实部和虚部均比未涂层碳纤维低. 根据电磁参数采用RAMCAD软件计算了3mm厚材料反射率,在2～18GHz频率范围内,材料的最低反射率达到-17dB,对应的频率为12GHz,<-10dB的带宽为3.3GHz. 热重(DTA-TG)分析表明同轴复合纤维的抗氧化性能较未涂层碳纤维有所提高.     

Superhydrophobic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite coatings

This paper reports a method for fabricating carbon nanotube (CNT)/polydimethylsiloxane (PDMS) composite superhydrophobic coatings. With toluene as a solvent, the coating is obtained directly by spray of CNT/PDMS/toluene suspension. The hydrophobicity and micro-/nanostructure of the coatings are studied with respect to the mass ratio (MR) of CNT to PDMS. Based on the multiscale morphology analysis, it is shown that the nanoscale roughness is essential for achieving superhydrophobicity. To form nanoscale rough surface and obtain a stable superhydrophobic coating, MR>0·3 is recommended. In addition, such coatings also show small slide angle, low adhesion strength and long term stability of the coated surface. The method reported in this study is low cost and especially suitable for engineering applications.     

Al对热压MoSi2材料显微结构的影响

本文研究了添加Al对热压MoSi₂材料显微结构的影响,提出了过渡气相烧结的概念．结果表明,Al可消除纯MOSi₂材料中的SiO₂相,生成Al₂O₃颗粒．Al原子的扩散引起MOSi₂晶格膨胀．由于Al蒸汽排除了孤立气孔内影响烧结的残留气体,从而降低了烧结体的气孔率,同时,MOSi₂晶格畸变也促进了烧结．Al粉添加量为3.5Wt％时气孔率最低．