复合氟化改性制备EP-ZnO纳米超疏水涂层的研究

风力发电机叶片覆冰严重影响风机安全经济运行,高质量的超疏水防冰涂层是当前研究的热点之一.本实验采用复合氟化改性的方法分别对环氧树脂(EP)和固化剂进行氟化改性,同时通过ZnO纳米颗粒对涂层表面结构进行修饰制备EP?ZnO纳米复合超疏水涂层,并研究了涂层的疏水性、耐磨性和抗冲击性能.研究结果表明,复合氟化改性能有效提高涂层的疏水性能,其接触角为150°,滚动角为6°;经过ZnO纳米颗粒对涂层表面结构修饰后涂层的接触角达158°,滚动角为3°.涂层具有良好的粘附力、稳定的抗冲击能力和耐磨性能,在磨损实验过后,涂层仍能保持较高的疏水性能.     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备EI北大核心CSCD

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

PTFE/epoxy全有机超疏水涂层制备

采用纳米粒子构筑微-纳粗糙结构制备的超疏水涂层一般存在抗水流冲击能力差的缺点,极大限制了其户外应用前景。利用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)纳米粒子,通过喷涂和模压两种工艺分别制备低声阻系数的全有机超疏水涂层,基于水流冲击破坏机理设计实验分析涂层的抗水流冲击性能,并与商用超疏水涂层对比。结果表明:PTFE粒子为70%(质量分数,下同)时,其疏水性能最佳,静态接触角为164.13°,滚动角为3°;PTFE粒子为75%时,其抗水流冲击性能最佳,在被速度为22.77 m/s的水流冲击后接触角仍达到154.62°;与喷涂法相比,模压法能进一步提高涂层的抗水冲击性能。本研究所制备的全有机超疏水涂层同时还具有良好的附着性能和耐磨性能,在进行25次黏附剥离实验后涂层表面接触角为150.51°,滚动角为4°,在进行20次磨损实验后涂层表面接触角为149.21°,滚动角为9°。     

耐腐蚀耐热超疏水TiO_2复合涂层制备与性能研究

铝基板表面的超疏水特性将赋予其优异的性能。利用环氧树脂(E44)和改性聚偏氟乙烯(PVDF)的作用,以改性纳米级二氧化钛(TiO_2)和全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)疏水低表面能物质为主要填料用简单易行的喷涂工艺制备出功能超疏水涂层。实验结果表明,制得的超疏水涂层,对水的静态接触角和滚动角分别为151°和5°;采用扫描电镜(SEM)表征了涂层表面有纳微二元复合微观结构;用差示扫描量热法(DSC)表征表明,该涂层在160℃下有优良的耐热性能;用不同pH值溶液进行浸没腐蚀以及电化学测其耐腐蚀性,腐蚀时间为180h时接触角仍有130°左右,具备强疏水效果。这种超疏水涂层为腐蚀耐热材料领域的研究提供了新的视野。     

镁合金超疏水环氧复合涂层的制备与性能EI北大核心CSCD

传统的超疏水表面的制备过程比较复杂,机械稳定性差,这严重制约了超疏水表面的实际应用。采用“黏合剂+纳米粒子”的方法,在镁合金表面制备一种无氟、持久稳定的超疏水环氧复合涂层。接触角测试结果表明,复合涂层的接触角最高可达160.2°,且在3.5%(质量分数)NaCl溶液中浸泡30天后,接触角仍然高达103°;EIS结果表明,在5个加速老化循环周期后,复合涂层的|Z|_(0.01 Hz)仍高于10^(9)Ω·cm^(2),展现出优异的耐盐雾性能和耐蚀性能;摩擦磨损实验结果显示,在19.6 N的载荷下机械摩擦8 h后,复合涂层的|Z|_(0.01 Hz)高达1.84×10^(9)Ω·cm^(2)。通过“空气垫”的屏障作用,复合涂层能够为镁合金提供高效且持久的腐蚀防护,“黏合剂+纳米粒子”策略为超疏水涂层的制备提供了新的思路。     

SiO_2/PDMS复合透明超疏水涂层的制备与性能研究

使用十八烷基三氯硅烷对纳米SiO_2原料进行了表面疏水改性,然后采用二步旋涂法在玻璃基片上制备了SiO_2/聚二甲基硅氧烷(SiO_2/PDMS)复合透明超疏水涂层。结果表明:纳米SiO_2及其团聚体镶嵌在硅橡胶基体表面形成粗糙结构,SiO_2/PDMS复合材料表面水接触角高达164.5°,水滚动角为4.7°;另外,SiO_2/PDMS复合材料在350~800nm波长范围其透光率大于75%,具有较高的透明性。     

仿生超疏水二氧化硅/聚氨酯复合涂层的制备及性能

以纳米二氧化硅(SiO2)和不同有机硅含量改性的聚氨酯(PU)为原料,以乙酸乙酯为分散剂,采用简单的喷涂工艺,通过仿生的方法制备出与荷叶表面结构相似的SiO2/PU微-纳米复合涂层。用扫描电镜(SEM)对涂层表面进行了表征,研究了SiO2与PU的质量比以及有机硅含量对涂层表面结构及接触角的影响,并考察了涂层结构的稳定性,分析了涂层的形成机理和结构特点。结果表明,涂层表面具有与荷叶表面相似的微-纳米结构,SiO2与PU的质量比在4∶5至3∶5之间,有机硅质量分数大于15%时,涂层的水接触角为158°,滚动角为3°,具有超疏水特性,并且结构稳定,测试胶带剥离6次后,涂层仍具有超疏水特性。     

纳米SiO2层层组装构建超疏水表面

采用500nm和20nm的SiO2粒子,通过表面改性使其分别具有氨基和环氧基,利用氨基和环氧基的反应使500nm和20nm的SiO2粒子形成复合粒子,制备了具有微纳米双尺寸粗糙度的超疏水表面。通过扫描电镜和接触角测量仪对超疏水表面的结构及性能进行了表征,发现其具有微纳米二级结构,测得其静态接触角达到156°,滚动角小于3°,并且能够承受240℃的高温而保持其超疏水性能,为超疏水表面的制备提供了一种新的方法。     

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。      

TiO_2/含氢硅油超疏水防腐涂层的制备及其性能研究

用硬脂酸在TiO_2表面引入疏水性甲基,将改性后TiO_2与含氢硅油(PMHS)杂合,在铝基底上形成超疏水涂层。采用X射线衍射仪、红外光谱、扫描电镜和接触角分析仪,表征涂层的表面形貌和疏水性。结果表明:TiO_2/PMHS复合涂层表面具有微/纳米双重粗糙结构,与水的静态接触角为155°,滚动角8°;采用极化曲线等电化学法对涂层防腐性能进行表征,结果表明其腐蚀电位从裸铝片的-926mV正移至-603mV,腐蚀电流密度从裸铝片的4.68×10-5 A/cm~2下降至6.60×10~(-6)A/cm~2,显示出良好的防腐性能。     

高稳定性超疏水水泥基材料涂层制备及性能研究

通过改性铜网复刻和SiO₂相结合共同作用构建水泥基材料微纳米粗糙表面,并采用十八胺接枝腐殖酸作为低表面能物质修饰该表面制备出高稳定性超疏水水泥基材料涂层。研究了涂层中掺入不同浓度SiO₂及改性铜网复刻对其疏水性能的影响,并测定出SiO₂掺入最佳浓度。此外,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等对水泥基材料表面形貌结构及键合情况进行了表征,同时对超疏水水泥基材料的吸水性和涂层稳定性进行综合评估。结果表明,当SiO₂浓度为2.5%时,采用浸渍法处理改性铜网复刻过的水泥基材料表面接触角达到峰值158.6°,滚动角低至5.5°;吸水量下降73.5%。此后,经过反复30次胶带剥离表面测试以及刀刮测试涂层仍保持超疏水状态(接触角为150.2°,滚动角为8.2°),证实了该方法处理的涂层表面具有超疏水性以及良好的稳定性。     

镁合金基底超疏水涂层的制备及其防污防腐性能研究

为延长镁合金的使用寿命,使用喷涂法在AZ31b镁合金基体上制备出稳定的超疏水涂层。首先在基体表面涂覆环氧树脂粘结层,向其喷涂微米SiO₂颗粒,以构建微米级框架,紧接着喷涂纳米聚四氟乙烯颗粒,以提供疏水性粒子。所制备的超疏水涂层接触角约为157.40°,滚动角仅为2°。试验结果表明：该超疏水涂层具有优异的化学与机械稳定性,良好的耐腐蚀性能以及自清洁、防污特性。     

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。     

梯度涂覆工艺制备仿荷叶超疏水涂料

以107#硅橡胶和含氟聚硅氧烷的共混胶为基胶,通过独创梯度涂覆工艺制备出超疏水涂层。首先在基胶表面喷涂120#溶剂油,喷撒改性后由纳米SiO_2及碳酸钙,玻璃微珠组成的多级复合粒子,然后喷涂溶剂油,利用溶剂油对橡胶的溶解性及其挥发特性,制得新型梯度超疏水涂料。采用扫描电子显微镜(SEM)和接触角测定仪对涂层的微观形貌和疏水特性进行分析。SEM结果表明,该涂料表面形成了类似荷叶乳突的多级微-纳米结构;疏水角测试结果表明,水滴静态接触角平均值为157.5°,最高可达161.9°,滚动角仅为2°。与传统的疏水材料及工艺相比,该涂料成本低,制作工艺简单,有望在很多超疏水领域得到工业化应用。     

CeO_2/环氧树脂复合材料制备及其耐电化学腐蚀行为研究

CeO2填充环氧树脂,并用偶联剂KH560对CeO2进行表面改性,通过溶液混合法制备CeO2/环氧树脂复合材料。分别通过拉曼光谱仪、紫外漫反射光谱仪、场发射扫描电子显微镜和电化学工作站对CeO2/环氧树脂复合材料的微观结构和电化学防腐性能进行测试。结果表明,表面改性的CeO2在环氧树脂基体中具有更好的分散性;所制备的改性后CeO2/环氧树脂复合涂层对镀锌板附着力达到1级;与水接触角达到82.5°;电化学防腐性能测试中其浸泡30 min阻抗值在109Ω·cm2以上,浸泡7 d阻抗值基本保持在107Ω·cm2左右,高于未改性的CeO2制备的复合材料和普通环氧树脂材料。改性后CeO2/环氧树脂复合材料的附着力、疏水性和化学防腐性能明显优于未改性的CeO2制备的复合材料和普通环氧树脂材料。     

改性纳米TiO2/PTFE复合氟碳防污闪涂层的制备及其性能

为防止输电线路上污闪事故的发生,以氟碳树脂(FEVE)为成膜剂,以改性纳米TiO2和聚四氟乙烯(PTFE)微粉为复合填料,制备了一种新型的有自清洁效应的纳米TiO2/PTFE复合氟碳防污闪涂料.采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征纳米TiO2改性前后的结构,通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪对复合氟碳防污闪涂层表面的微观结构及疏水性进行了分析,对涂层表面的光催化自清洁性和疏水性保持机制进行了深入探讨.结果表明:改性纳米TiO2和PTFE通过化学键合作用在复合氟碳防污闪涂层表面构建了微纳复合粗糙结构,与水静态接触角达134°,涂层不仅具有优良的理化、电气绝缘性能,而且还具有有效的自清洁功能和疏水性保持性能.     

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。     

铝基体超疏水表面的抗结冰结霜效果分析

增加接触角是提高表面抗结冰结霜能力的重要方法.借助电化学加工和氟化处理获得铝基体超疏水表面,该表面具有二元微纳米复合结构,干燥时水滴在其上的接触角为160°,滚动角小于5°,处于Cassie-Baxter状态.在自制的半导体制冷台上,观测冷表面温度为-5.2 ℃时,铝基体超疏水表面的结霜过程,并将其与普通铝表面进行了对比,发现铝基体超疏水表面的四周边缘处先出现霜晶并逐渐蔓延到整个表面,与普通铝表面相比具有显著的抗结冰结霜性能.最后对铝基体超疏水表面的边缘效应和抗结冰结霜机理进行了分析.     

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%。     

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.