激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

镁合金超疏水表面制备技术的研究进展

超疏水表面因其在日常生活及工农业生产等领域有巨大的应用前景而受到科研人员的广泛关注。基于镁及其合金基底超疏水表面的制备研究可以加深对材料特性的认识、扩展材料应用范围和提高材料应用性能而具有重要的意义。介绍了超疏水表面的相关理论基础和超疏水状态下的两类模型及其相互关系,对两类模型下表面微细结构和固体表面化学成分对接触角的影响进行了讨论。从构建超疏水表面的两种途径出发,一是在低表面能物质上构建特殊微细结构,二是在微细结构表面利用低表面能物质进行修饰,着重总结归纳了镁合金基底超疏水表面制备技术的研究进展,并对镁合金超疏水表面的发展进行了展望。     

电化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面及其润湿性转变

目的通过简易环保的方法在铝合金基体上制备超疏水表面。方法采用电化学刻蚀和空气中保存法在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和光学接触角测量仪对所得样品的微观形貌、表面粗糙度和润湿性进行分析。结果水滴在铝合金表面的接触角随着保存时间的增加而增大,电化学刻蚀所得超亲水表面逐渐表现出超疏水特性。12 d后表面趋于稳定,水滴在铝合金表面的接触角和滚动角分别为(152.3±4.5)°和(6.4±2.2)°。随着电化学刻蚀时间的增加,铝合金表面的润湿性减小。热处理可以使超疏水表面转为超亲水表面,在空气中保存后表面又恢复疏水性。结论试验所用中性环保的NaCl溶液作为电解液,极大地降低了试验对人体和环境的危害。并未使用有害的二次化学涂层作为表面能修饰材料,提高了试验的安全性和超疏水表面的稳定性。通过此简单环保的电化学刻蚀和空气中保存的方法成功地在铝合金基体上制备出了超疏水表面,所得表面展现出良好的疏水特性。     

铜基超疏水表面的制备及其耐蚀性研究

以十二硫醇作为疏水剂,采用化学刻蚀和高温氧化在铜基体上构造超疏水表面,以提高铜基体的耐蚀性。结果表明,当化学刻蚀8 min、高温氧化6 h、十二硫醇修饰15 min,基体表面形成了具有足够粗糙度并可以捕获大量空气的网状层叠结构,此时基体表面疏水性最好,水的接触角为165.50°。动电位极化曲线表明,超疏水表面的腐蚀速率明显降低,腐蚀电流密度由7.43×10^-5下降至4.31×10^-6A·cm^-2。电化学阻抗谱表明,超疏水表面的电荷转移电阻明显高于铜基体,说明其具耐蚀性相较于铜基体也得到了提高。与当前制备超疏水表面的方法相比,本方法具有廉价、简单、环保的特点。     

化学刻蚀-阳极氧化复合制备钛合金超疏水表面试验研究

目的 提高TC4钛合金超疏水表面的疏水性、耐腐蚀性与力学性能。方法 首先选择化学刻蚀法对TC4钛合金进行处理制备出微米级结构,再采用阳极氧化法制备出纳米级结构,最终在试样表面制备出了具有微纳分级结构的超疏水表面。通过观察微观结构表面、Tafel测试、线性磨损试验、抗冲击性测试以及防冰性能测试,分别对H₂O₂刻蚀、强酸刻蚀、阳极氧化、H₂O₂刻蚀-阳极氧化和强酸刻蚀-阳极氧化制备的超疏水表面进行性能对比。结果 使用双氧水-碳酸氢钠混合溶液制备出的超疏水表面接触角为156.4°,滚动角为2.7°;硫酸-盐酸混合溶液制备出的超疏水表面接触角为153.1°,滚动角为7.6°;阳极氧化法制备的超疏水表面接触角为156.3°,滚动角为4.2°;双氧水-碳酸氢钠混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后,表面接触角为157.6°,使用硫酸-盐酸混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后,表面接触角为155.9°,二者滚动角均小于2°。复合方法制备的表面疏水性能优于单一方法制备的超疏水表面。超疏水试样的OCP都高于TC4钛合金,经过强酸刻蚀和...     

TSA协同HCl化学刻蚀铝片构筑低粘附超疏水表面及其稳定性

目的 通过化学刻蚀法制备铝基超疏水表面,并提高其机械稳定性和化学稳定性。方法 以盐酸（HCl）为主刻蚀剂,对甲苯磺酸（TSA）为辅助刻蚀剂,通过化学刻蚀法构筑铝片微-纳米结构,涂覆硬脂酸后制备超疏水铝。探讨最佳刻蚀时间和浓度,通过FESEM、EDS和ATR-FTIR对铝片的表面结构和化学组成进行分析。利用接触角测量仪、电化学工作站和线性耐磨实验分别对铝表面的润湿性、耐腐蚀性和机械稳定性进行研究,并探讨铝在3.5% NaCl溶液中的化学稳定性。结果 当TSA浓度为0.2 mol/L,刻蚀时间为8.0 min时,获得的超疏水表面接触角（CA）最大,为167.9°,滚动角（SA）为6.3°,对应的腐蚀电位较裸铝正向移动了742 mV,腐蚀电流密度降低了1个数量级。此外,该超疏水表面还具有良好的机械稳定性和化学稳定性,经砂纸磨损70 cm后,接触角仍高达155.9°。模拟海水环境测试化学稳定性发现,将其浸泡在3.5% NaCl溶液中,20天仍维持在一种粘附超疏水状态。结论 通过调节化学刻蚀时间和TSA浓度在铝基表面制备得到微-纳米粗糙结构,硬脂酸改性后,获得具有超疏水性能的复合表面。该超疏水铝表面兼具优异的机械稳定性和化学稳定性能,并可以在高盐环境下保护铝基体。     

硫醇改性超疏水铜表面的耐候性及失效机理

目的 探究户外环境中导致硫醇改性超疏水铜表面失效的因素及其超疏水性失效的机制。方法 通过化学刻蚀法在铜表面构筑纳米结构，利用正十二硫醇进行表面改性，得到具有超疏水性的铜表面。将该表面置于户外进行耐候性研究，并通过4种模拟户外环境实验探究超疏水性失效的原因，包括组合循环实验（循环条件含紫外辐射、淋雨和凝露）、紫外辐射实验、水环境实验和温度实验。结果 超疏水铜表面经过10 d的户外实验后，其接触角由初始状态的158.5°降至131.1°，表明该表面的超疏水性能已失效。经过2次组合循环实验（每次循环的时间为12 h）、20 d紫外辐射实验及30 d水环境实验后，该表面的接触角分别降至130.3°、124.5°、131.7°，表明该表面均已失去超疏水性；经过40 d高温实验后，表面的超疏水性开始失效。XPS谱图表明，在超疏水性失效后该表面不存在硫元素，即正十二硫醇已经脱离表面。结论 超疏水铜表面的硫醇分子脱落是超疏水性失效的根本原因。紫外辐射、水和高温是导致超疏水铜表面超疏水性失效的主要因素。其中，紫外辐射或水对超疏水性的破坏速度比高温快。相较于单一因素（紫外辐射、水或高温），三者的协同作用更...     

3Cr13不锈钢微纳表面制备及疏水机理分析

目的构筑具有疏水性能的3Cr13不锈钢微纳结构表面,并分析表面微纳结构与疏水性能之间的关系。方法试验设计了喷砂与化学刻蚀结合的两步构筑方法,通过对喷砂与刻蚀工艺的不同参数优化,制备了具有疏水性能的3Cr13不锈钢微纳表面。从表面形貌参数推测了亲水与疏水试样表面微结构的差异,并从微结构面积分布的不同对推测进行了证明。结果经过处理后,不锈钢基体表面呈现由微米孔洞与纳米颗粒组成的微-纳双重结构分布,喷砂与刻蚀参数会影响基体表面微纳结构粗糙度因子,同时表面微孔洞的尺度、分布会影响疏水性能。疏水试样表面200～1000μm~2孔洞占孔洞总面积的比值大于39%,而1000μm~2以上孔洞占孔洞总面积的比值小于30%,即疏水试样表面微结构更多的是由密集的小面积孔洞组成。结论通过喷砂与化学刻蚀的方法可使3Cr13不锈钢表面产生具有疏水性能的微-纳双重结构,且疏水性能与微结构面积密切相关,当1000μm~2以上孔洞面积小于30%时,试样呈疏水性。     

化学刻蚀法调控铝合金阳极氧化膜的表面结构及防腐性能

为了提高铝合金的耐蚀性能,采用化学刻蚀与阳极氧化相结合的方法在铝合金表面构造了微纳结构,经进一步化学修饰后得到耐蚀性能良好的表面防护膜层。利用扫描电子显微镜、红外光谱仪表征所制备膜层的表面形貌和化学成分,采用激光共聚焦显微镜测定样品的表面粗糙度,通过接触角测量仪和电化学工作站对膜层的润湿性和防腐性能进行表征,考察刻蚀时间对于膜层表面结构和耐蚀性能的影响规律。结果表明:当刻蚀时间为3min时,膜层的耐蚀性能最佳:相对于未经刻蚀的样品腐蚀电位正移了0.15V,腐蚀电流下降了两个数量级。且接触角最大(152°),这是由于此条件下制备的薄膜表面微/纳结构最完整、比例最合理。     

化学蚀刻 304 不锈钢表面结构研究

目的研究化学蚀刻304不锈钢表面结构类型、形成过程及其应用。方法以304不锈钢为对象,以FeCl3系溶液为蚀刻剂,采用化学蚀刻的工艺,通过表面分析和SEM等手段,研究化学蚀刻的过程以及表面结构的类型。结果在40℃常压下,250 g/L FeCl3中使304不锈钢表面光滑的盐酸用量(y)与硝酸用量(x)满足一定的关系:y=19.37+0.13x±0.5,x≤120 m L/L;y=-8.67+0.62x±0.5,x≥130 ml/L。溶液中Cl-含量是影响蚀刻后不锈钢表面的平整度的主要因素。结论改变蚀刻溶液性质可以改变蚀刻后304不锈钢表面形成的结构。     

超疏水钛合金表面制备及其抗海洋生物附着性能

为提高钛合金抗海洋生物附着性能,采用激光刻蚀技术在Ti6Al4V合金表面构建不同间距的微米级点阵结构,利用聚合物基纳米复合材料构建微/纳双层结构,制备超疏水Ti6Al4V合金表面。用光学显微镜和扫描电镜表征其形貌;用接触角测量仪测量试样的表面接触角;用浅海挂板的方法测试试样的抗海洋生物附着污损性能。结果表明,具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面为疏水表面。随着点阵间距的减小,接触角增大。当间距为50μm时,接触角可达131.8o,但试样的表面滚动角较大,将试样竖直甚至翻转,水滴都不滚落;具有微/纳双层结构的Ti6Al4V合金表面为超疏水表面,且随着点阵间距的减小接触角增大,滚动角减小。当间距为50μm时,接触角达163.8o,滚动角仅为1.89o。具有微/纳双层结构的超疏水Ti6Al4V合金表面抗海洋生物附着污损性能显著优于抛光Ti6Al4V合金表面及具有单一微结构的Ti6Al4V合金表面。     

GaSb半导体材料表面的化学蚀刻研究进展

提高GaSb材料表面的湿法化学蚀刻速率以及调控蚀刻后GaSb材料的表面形貌,对增强锑化物激光器器件的性能具有重要意义。总结了各种蚀刻体系蚀刻GaSb材料的速率和蚀刻后的表面形貌,及近年来关于GaSb半导体材料化学蚀刻的最新研究进展,关注的体系包括无机酸蚀刻体系、有机酸蚀刻体系、混酸蚀刻体系及其他蚀刻体系,对各蚀刻体系的蚀刻速率及蚀刻后的表面形貌进行对比,指出了各蚀刻体系优点与不足及后续的研究方向,归纳总结各了蚀刻体系中主要组成的作用。综述发现,可用于GaSb化学蚀刻液中的氧化剂主要有H_2O_2、HNO_3、I_2、Br_2、KMnO_4,络合剂(或溶解剂)主要有酒石酸、HF、HCl、柠檬酸等,缓冲剂(或稀释剂)主要有HAc和H_2O等。盐酸、双氧水和无机酸组成蚀刻液的蚀刻速率适中,蚀刻表面较为光滑;硝酸、氢氟酸组成的蚀刻液具有蚀刻速率快的优点,可通过添加有机酸或缓冲剂改善蚀刻效果,具有很大的发展前景;磷酸体系则具有蚀刻后台面平整、下切效应小等优点,但蚀刻速率较慢,蚀刻后表面较粗糙;硫酸体系蚀刻后表面较粗糙,不适于GaSb的湿法蚀刻;单一的有机酸和碱性体系的蚀刻速率较慢,但由于具有很强的蚀刻选择性,被广泛应用于GaSb基材料的选择性蚀刻。总体来说,无机酸和有机酸组成的蚀刻体系更有利于提高Ga Sb材料的蚀刻速率及控制表面形貌,各蚀刻体系均存在蚀刻速率可调性不强、蚀刻形貌质量不可控、蚀刻可重复性较差等问题。基于此,总结了改进湿法化学蚀刻GaSb材料的多种研究思路,并对GaSb材料湿法蚀刻的未来发展方向进行展望。     

超疏水化合物在金属腐蚀与防护领域的应用进展

近年来,随着现代工业不断发展,金属材料的应用日趋广泛,同时金属材料的腐蚀问题也受到大家的广泛关注.超疏水化合物因其优良的化学特性而被应用于金属腐蚀防护领域.介绍了超疏水化合物在金属基底进行防护的原理,综述了近年来常用于制备超疏水表面的方法,如通过氟化物、硬脂酸类化合物、长链的烷基或者是硅烷基等疏水性物质对低表面能的化合...     

表面粗糙度对硅橡胶材料表面超疏水性的影响

采用一种简单的方法制备出了硅橡胶超疏水性表面;将模具内表面做成一定的粗糙度;按照常规成型工艺,将液体硅橡胶浇注在模具内使其固化,待固化完毕后脱去模具,得到不同粗糙度的表面.经过接触角测量仪测定和扫描电子显微镜分析,结果表明:当硅橡胶表面粗糙度Ra=6.63 μm时,在其表面形成了类似于荷叶的乳突结构;在乳突表面还有亚微米级的小颗粒存在,形成了微米亚微米两级的粗糙结构,材料表面与水的静态接触角为153.5°,滚动角为8°,材料具有超疏水性;当硅橡胶表面粗糙度 Ra<6.63 μm时,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而增加,当Ra=6.63 μm,静态接触角出现最大值153.5°.当表面粗糙度Ra>6.63 μm,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而减小.