铝基表面超疏水材料的制备工艺、效果及耐蚀性

超疏水表面在自清洁材料、腐蚀防护及微流体运输等领域有着广阔的应用前景,目前对金属超疏水表面的研究较少,且制备方法较复杂,不能大面积制备。分别采用喷砂、阳极氧化、喷砂-阳极氧化等方法在铝基体表面构造粗糙结构并对其进行修饰,制备了超疏水表面,通过SEM、接触角及滚动角测定、腐蚀速率测定等分析了超疏水表面的微观形貌、疏水性能和耐海水腐蚀性能。结果表明:喷砂-阳极氧化法制备的铝金属表面具有微米-纳米二级结构,经氟化处理后,与水的接触角达158°,滚动角为1.5°,疏水性能良好;超疏水表面材料的腐蚀速率比铝材低1个数量级。     

纯钛基体长效超疏水表面的低成本制备

为降低钛基上超疏水表面的制备成本,提高超疏水表面的耐久性能,以喷砂-阳极氧化法在纯钛基体上构造微纳复合粗糙结构,并使用商用氟碳罩光漆直接对其进行修饰获得超疏水性表面。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR),场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和接触角测试等技术对超疏水性表面的化学组成、表面形貌、润湿性和表面耐久性进行了研究。结果表明:喷砂处理在钛基表面构筑微米级凹坑,阳极氧化通过形成网状氧化膜在钛基表面构造纳米级结构,氟碳罩光漆修饰该微纳复合粗糙表面后,为表面引入大量含氟基团,使其获得超疏水性能。超疏水性表面与纯水的静态接触角达162°±2.3°,滚动角为2.1°±0.2°,具有优异的环境耐久性。     

氧化锌超疏水薄膜的制备及其耐久性

为了提高氧化锌(ZnO)纳米疏水膜层在实际应用中的耐久性能,采用水热法在铝基底表面制备出微纳米结构的ZnO超疏水薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和接触角测量仪对所得ZnO薄膜的成分、微观结构及润湿性能进行分析;利用UMT摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦性能和机械疏水耐久度进行研究;并用CHI660E电化学工作站对超疏水试样在海水中的耐腐蚀性能进行测量分析。结果表明:制备的微纳米结构ZnO薄膜具有超疏水性,在未经低表面能物质改性的情况下,对水的静态接触角高达152°,滚动角仅为2°;摩擦磨损测试表明该薄膜在经过2 400磨损周期后仍能保持较高的静态接触角;电化学阻抗谱和Tafel曲线测试表明,该薄膜的确降低了铝在海水中的腐蚀速率,缓蚀率高达93.8%。     

“滴水不沾”的一品红

一品红叶面具有优异的超疏水性能,研究发现其表面分布有大量微米级的“人耳”状凹槽和纳米级的“星型”微凸起,这种微纳米级的复合阶层结构能使其表面吸附一层空气膜,液滴与其表面的接触是液、固、气的复合接触.此外,植物的表面有低表面能的蜡状物,微纳米级的复合阶层结构及其表面的低表面能物质的协同作用使其表面显示出优异的超疏水性能,该研究有望为仿生超疏水材料的制备提供有益的启发.     

耐磨铝基超疏水材料的制备及其动态冷凝行为

用水热法制备了铝基超疏水材料。SEM观测结果表明,这种材料表面有明显的微纳米复合结构;用动态摩擦试验机进行了循环摩擦实验,结果表明：这种材料的耐磨性能优异,2000次循环摩擦后样品表面变得略微平整,微米结构丢失,但是保留有大量ZnO纳米棒,仍保持超疏水特性。这种材料还具有良好的耐酸碱腐蚀能力。冷凝实验结果表明：冷凝液滴在微纳米复合结构中随机生成,有益的是凹槽中的冷凝液滴在长大和合并过程中逐渐脱离凹槽底部最终悬浮在粗糙结构的表面。这证实,冷凝液滴在样品表面保持Cassie态,为冷凝过程中频繁发生液滴合并自弹跳提供了条件。     

具有微纳复合结构的超疏水材料的制备

近年来,利用化学或物理的方法模拟荷叶的表面制备具有超疏水自清洁功能的微纳米复合结构的表面成为了科学界的一大研究热点。目前,利用层状组装技术制备具有微纳复合结构涂层的研究已有不少报道,然而层状组装技术在制备微米厚度的组装膜时非常耗时、制备过程也较为繁琐。以聚阳离子与聚阴离子在溶液中复合所形成的聚电解质复合物是一类基于静电、氢键、配位键、主客体相互作用等弱相互作用力而形成的聚集体。到目前为止,以聚电解质复合物作为构筑基元进行层状组装膜构筑的研究还是很少的。本文以聚电解质复合物PAH-PAA作为构筑基元,通过对影响(PSS/PAH-PAA)膜结构的因素进行研究,如复合物的复合比例,PSS中加入Na Cl离子、加热、氮气不干燥等,实现了具有微纳复合结构的超疏水表面的功能膜的快速构筑。     

钢铁表面超疏水膜的制备与表征

采用水热法结合氟硅烷修饰直接在钢铁表面制备超疏水膜。疏水膜的疏水性与钢铁基底的微纳米结构有重要关系。结果表明,以乙二胺为溶剂,经140℃水热反应4h和160℃水热反应5h,可以在钢铁表面制得具有次级网状结构的正八面体、花状等微纳米精细结构,再经氟硅烷修饰后表现出良好的超疏水性,与水滴的接触角分别达到156.49和165.31°。XRD的分析结果表明,该微纳米结构的主要成分是Fe3O4,它的形成一方面提供了制备超疏水表面所必须的微纳米精细结构,另一方面又为与氟硅烷发生反应生成牢固的薄膜创造了条件。电化学分析结果表明,超疏水膜层的存在显著降低了钢铁基底的腐蚀倾向。     

溶胶–凝胶法制备超疏水性薄膜摩擦学性能的研究

采用溶胶–凝胶技术在铝表面涂覆氧化铝薄膜,再利用长链脂肪酸对氧化铝薄膜进行疏水改性,在金属铝表面构筑了具有较强减摩性能的超疏水薄膜。研究了沸水及水合肼溶液处理对氧化铝薄膜表面微纳织构的影响;探讨了脂肪酸分子结构对薄膜静态和动态润湿性的影响,利用球盘式微纳米摩擦磨损试验机评价了薄膜的摩擦学性能。结果显示,水合肼溶液处理后的氧化铝薄膜经硬脂酸改性后不仅表现出超疏水性能,而且具有较强的减摩性能。     

通过粒子辅助水滴模板法制备超疏水材料

利用水滴模板法成功制备出孔径可控的具有结构规则的聚合物多孔膜,并以所制备多孔膜为模板利用反向复刻法复制孔洞阵列结构,得到具有微米级突起阵列结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜片,然后将事先排布好的二氧化硅微球阵列通过热压印法转移到具有微米级突起结构的PDMS膜片上,然后成功制备出具有微纳米复合突起结构的膜片。通过对具有不同突起结构组合的PDMS膜片进行接触角测试发现,膜片的接触角随着其表面粗糙程度的增大而增大,即具有微纳复合结构膜片接触角((150.7±3.2)°)最大,达到了超疏水的效果;无突起结构膜片的接触角((108.9±3.1)°)最小;而仅具有微米级结构膜片的接触角((134.6±1.0)°)居中,这符合目前已知的物质表面浸润性与其表面粗糙度的关系。另外,经测试,具有微纳复合结构的膜片接触角最大达到155°,同时具有非常大的滚动角,使得这种膜片材料具备了粘性超疏水的性能,而这种特殊浸润表面性质可以在液体无损传输、生化分离等领域拥有巨大的应用前景。     

微纳结构超疏水表面的浸润性及防冰性能

以Ti合金为基体材料,通过超快激光加工微结构并复合纳米SiO₂/氟化聚氨酯涂料,获得微纳结构的涂层表面,并与涂料喷涂获得的纳米涂层表面和未处理的Ti合金表面进行对比分析。分别采用扫描电镜、超景深显微镜、接触角和冰结合力测量仪,研究分析未处理Ti合金表面、纳米结构表面、微纳结构表面的形貌、疏水性、防覆冰性能。结果表明:具有微纳结构的涂层表面具有最佳的超疏水性,接触角为158.9°;与未处理Ti合金表面、纳米结构表面相比,微纳结构表面冰结合力显著降低,表面冰结合强度约为410 kPa。      

SiC/Al复合材料超疏水表面的制备

采用化学刻蚀法在SiC/Al复合材料表面构筑微纳结构,通过SEM和表面接触角测量仪分析刻蚀表面的微观形貌特征及润湿特性,并探讨了其与刻蚀时间之间的关系;借助热震试验评价SiC/Al复合材料超疏水表面的温度骤变耐受特性。结果表明:弥散分布的微米级SiC颗粒的存在使得刻蚀后的SiC/Al复合材料表面易形成由微米级粒状结构和纳米级凹坑结构复合而成的微观结构;氟硅烷修饰后的蚀刻表面的接触角最高达到166.8°,滚动角最低为3°,具有很好的超疏水特性;SiC/Al基超疏水表面具有较好的耐受温度骤变特性。     

纯铝材在硫酸中恒流阳极氧化机理初探

为研究铝阳极氧化膜氧化生成机理,采用恒流电解法,对铝试样在硫酸中的阳极氧化过程进行了研究.通过对铝阳极氧化时的阳极氧化电位-时间关系分析发现,阳极氧化电位出现规则的阶跃现象,其阶跃电位为0.039 0 V,根据其氧化电流密度-时间曲线计算出阳极氧化膜的孔隙率为0.1.结果分析表明,氧化电位阶跃与阻挡层厚度的增加密切相关,氧化电位的阶跃主要是由于阻挡层的增厚引起的,阻挡层首先在孔隙面积上生成,当厚度每增加1.530×10-8cm时,发生铺展作用.     

硬铝合金硬质阳极氧化中电解液温度对膜层性能的影响

硬铝合金硬质阳极氧化膜性能优异,但常用的硬质阳极氧化方法存在许多不足.采用硫酸和草酸的混合液作为电解液对硬铝合金硬质阳极氧化,研究了电解液温度对硬质阳极氧化膜厚度、硬度、耐蚀性的影响.结果表明:随着电解液温度的增加,硬质阳极氧化膜的厚度、硬度均先增加后减小;电解液温度为15℃时氧化膜的厚度、硬度最大;硬质阳极氧化膜经重...     

TC4钛合金表面TiO_2-PTFE复合膜层的制备

采用特殊的化学及物理处理方法,在钛合金表面制备TiO2-PTFE复合膜层,该润滑膜由硬质阳极氧化膜与低摩擦系数的聚四氟乙烯(PTFE)结合而成,具有较好的自润滑特性。研究了TiO2-PTFE复合膜层的组织形貌、物相组成以及元素组分,讨论了阳极氧化处理工艺和涂覆时间对PTFE涂覆量的影响。结果表明,TC4钛合金阳极氧化后形成了由锐钛相和金红石相双相晶型组成的纳米级TiO2多孔膜,涂覆PTFE后,表面及膜孔处被PTFE聚合体所覆盖。TC4钛合金样品经过不同电压和不同氧化时间处理后,PTFE涂覆量趋于稳定。随着涂覆时间的延长,PTFE涂覆量逐渐增加,在最初5～20min内,涂覆量增加较快,超过20min后涂覆量增加缓慢。     

表面浸润性对冰粘附强度的影响研究

表面浸润性对冰粘附强度有较大影响,通过对裸铝表面进行NaOH溶液化学刻蚀、氟硅烷修饰制备得到不同表面试片,测量试片的表面接触角获得其浸润性,再采用ZDY法计算各试片的表面能,通过冰粘附强度实验装置测量试片表面的冰粘附强度。结果表明,疏水表面冰粘附强度普遍小于亲水表面的粘附强度,表面能较小的试片,冰粘附强度也较小。     

The effect of surface treatments on the adhesion of electrochemically deposited hydroxyapatite coating to titanium and on its interaction with cells and bacteria

The effect of different mechanical and chemical pre-treatments on the adhesion strength of hydroxyapatite (HAp) coating on a commercially pure titanium (CP-Ti) substrate was studied by means of a standard tensile test followed by microscopic and chemical analysis to determine the locus of fracture. In addition, the effects of either these pre-treatments or post-treatment by low-energy electron irradiation, which allowed tuning the wettability of the surface, on both osteoblast progenitor attachment and S. aureus bacteria attachment were investigated. A dedicated program was developed for unambiguous identification and count of stained cells. A single-phase HAp coating was formed by electrodeposition. A series of surface pre-treatments consisted of grinding down to P1000, etching in HNO₃/HF solution, grit blast, soaking in NaOH and subsequent heat treatment provided the highest adhesion strength to the HAp coating. Osteoblast progenitors derived from rats may be attached preferentially to a hydrophilic surface (post-treatment to θ = 30°), while the bacteria seemed to be less attached to hydrophobic surfaces (post-treatment to θ = 105°). However, the results were not statistically different. The bacteria seemed to be less attached to the smoother, uncoated surfaces.     

Deep and alignment free patterned etching of GaN surface using an atomic force microscope

Successful deep and alignment-free patterned etching on GaN using atomic force microscope (AFM) local oxidation followed by in-situ chemical etching is demonstrated. Oxide ridges are grown on GaN on an AFM by applying positive sample bias at 80% humidity, with the oxidation reaction expedited by UV light. The oxide ridges are then etched by HCl solution, leaving troughs in the GaN surface. A dripping strategy for the in-situ chemical etching is recommended that allows deep, alignment-free multiple AFM oxidation/etching works on the GaN surface without any need of substrate removal from the AFM platform. Repeated etching followed by AFM oxidation on a spot on a GaN surface resulting in a hole as deep as 800 nm was also demonstrated. Further, a preliminary evaluation of the porosity of the AFM-grown oxide indicates that the oxide ridges grown on GaN at an AFM cantilever moving speed of 300 nm/s are porous in structure, with an estimated porosity of 86%, which porosity could be reduced if longer resident time of the AFM cantilever on the target oxidation region was used.     

多孔氧化铝模板在酸性和碱性介质中的腐蚀过程

将AAO模板分别在体积比为1:9(约15%(质量分数))的H_3PO_4溶液和10%(质量分数)的NaOH溶液中进行蚀刻处理,结果显示,AAO模板经过一个扩孔过程,最终孔间壁较薄部分被彻底蚀刻掉,孔间壁较厚部分留下形成氧化铝纳米线状结构.在2种蚀刻溶液中.NaOH溶液对模板的蚀刻比H_3PO_4溶液的快.这些结果对于AAO扩孔、氧化铝纳米结构的合成以及模板的去除具有一定的指导意义.     

铝及铝合金零件镀银前化学浸锌的工艺研究

对铝及铝合金电镀工艺的难点进行了分析,通过化学浸锌前处理工艺的试验研究,确定了二次浸锌的较优工艺配方及条件为:400～500 g/L NaOH,50～80 g/L ZnO,适量添加剂,室温,第一次浸锌0.5～1.0 min,第二次浸锌0.5～1.0 min.通过外观、结合力、耐蚀性、电器焊接性能测试表明,经该工艺处理后能获得性能优良的银镀层,满足了生产需求.     

2024铝合金阳极氧化膜的结构和耐蚀性能

为促进2024铝合金的进一步应用,用动电位阳极极化和电化学阻抗方法研究了2024 Al合金阳极氧化膜的结构及其在3.5% NaCl水溶液中的耐蚀性.结果表明,经硫酸阳极氧化的2024 Al合金较未处理基体的腐蚀速度降低了2个数量级以上,表现出相当好的保护性能;用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对阳极氧化膜的形貌观察发现,氧化膜表面平整,孔隙分布均匀,每个孔隙周围多含6个孔隙,也有5和7个孔隙结构,其孔隙尺寸细小,大小在10～30 nm之间.