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。     

基于阳极氧化技术制备铝基超疏水表面的研究进展

阳极氧化技术是一种广泛使用的铝基表面改性技术,能提高铝材的耐磨性和耐腐蚀性,然而通过传统阳极氧化工艺制备的二维封闭孔结构难以获得超疏水性,如何开发新的阳极氧化工艺来制备铝基超疏水表面仍然面临挑战。最近新开发的阳极氧化工艺为应对这一挑战提供了解决策略。从如何构建铝基表面微纳结构的策略出发,重点综述了基于新的阳极氧化工艺制备铝基超疏水表面的"柱-孔"分级结构策略、"迷宫"结构策略及其它结构策略的研究进展,并在此基础上指出了目前存在的问题及今后需不断发展的方向。     

超疏水铝表面的一步法电化学制备及其耐蚀性能研究

金属材料的表面超疏水改性可以显著改善其耐腐蚀性能.为了制备超疏水铝合金表面,结合化学刻蚀与电化学氧化技术,采用一步法在铝表面构筑超疏水结构,研究了其中盐酸含量和氧化时间对铝电极表面结构和性能的影响.采用接触角测试仪表征了铝表面的疏水性能,利用扫描电镜和能谱仪分析了铝表面的微观形貌和化学组成.采用电化学阻抗谱和电化学噪声技术评价了改性铝电极在3.5％NaCl溶液中的耐蚀性能.结果表明:当盐酸浓度为0.015 mol/L,电压为2 V,氧化时间为20 min时,可在纯铝上制备得到接触角为155.8°、滚动角为3.1°的超疏水表面.电化学阻抗测试结果表明,电荷转移电阻由121 Ω·cm2增大至1 941 Ω·cm2,超疏水铝表面的保护效率高达93.8％.电化学噪声测试表明,铝电极表面的超疏水改性能够显著地减弱其在3.5％NaCl溶液中的局部腐蚀强度.     

阳极氧化法构建纳米结构制备铝超疏水表面

研究了喷砂和阳极氧化技术相结合,在铝合金表面构建合适的微米一纳米二级结构,并通过氟硅烷的修饰降低表面自由能,以制备铝基超疏水表面材料。研究表明：不同的电解液进行阳极氧化制得的样品氟化后具有不同的接触角。SEM分析可知,山峰山谷状的微米级结构和蜂窝状的纳米级结构形成的二级结构是提高疏水性能的关键。当接触水滴时,这种二级结构可以稳定地捕获空气,产生超疏水性。     

非金属超疏水纳米涂层技术的研究进展

设备表面防水、防冰、防雾的需求在工业生产中随处可见,在其表面喷覆超疏水涂层是针对此类需求的有效解决方法。超疏水涂层的疏水性由材料表面的表面能和微纳粗糙结构两个因素决定,构筑超疏水涂层主要包括降低材料的表面能和改变微观结构两个方面。本文综述了国内外主要的非金属纳米材料,如石墨烯、二氧化硅、二氧化钛等制备超疏水涂层的方法,评价了不同纳米材料的适用范围。这类材料自身尺度是纳米级,易于构筑微纳粗糙结构和通过化学改性引入非极性共价官能团,降低材料的表面能。通过氧化还原、表面改性等方法引入疏水基团,通过自组装法、凝胶法、模板法、刻蚀法等进行结构组装,可制备接触角大于150°、滚动角小于5°的超疏水表面。分析了能够与纳米材料通过共价或非共价结合组成复合超疏水涂层的聚合物,增强涂层在力学、热学等方面的性能,扩展其应用范围。总结了近些年来在非金属超疏水纳米涂层领域的最新技术和进展,介绍了不同种类的纳米材料构筑超疏水表面的方法及其应用,为超疏水涂层的规模化生产提供可行的思路。     

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。     

喷砂-阳极氧化法构建分形超疏水Ti6Al4V表面及性能研究

主要采用喷砂-阳极氧化法在Ti6Al4V钛合金表面构建微纳二级复合结构,使用低表面能物质FAS-17(十七氟硅烷)修饰后可获得超疏水表面。结果显示,喷砂形成的微米级凸台与阳极氧化形成的纳米管复合结构表面的液滴接触角达到了159.8°。在空气中放置30d后,仍然具有优异的超疏水性能,并具有一定的耐盐水性能。     

基于多孔氧化铝腐蚀的表面结构制备及其疏水性能研究

先采用阳极氧化法在铝基板上制备了多孔氧化铝(AAO)膜,并以铝基AAO膜作为前驱物,采用化学腐蚀溶液分别制备出了具有纳米结构、微米结构和微纳复合结构表面的薄膜材料结构。利用扫描电子显微镜、荧光分光光度计和电子能量色散谱仪等测试手段分析了薄膜材料表面结构,并在薄膜表面涂覆低表面能物质氟硅烷薄膜研究这些表面结构的疏水性能。研究结果表明:通过控制化学腐蚀时间可以在铝基AAO膜表面分别获取纳米结构、微纳复合结构和微米结构;与未腐蚀的AAO膜表面相比,三种表面结构都有效提高了疏水薄膜表面的疏水性能;在NaOH溶液腐蚀16 min条件下,表面呈现微纳复合结构,具有超疏水性能,水的接触角达到155°。     

超亲水和具有不同黏性的超疏水阳极氧化铝膜的制备

超亲水和超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值。本工作对二步高场阳极氧化所制备的阳极氧化铝(AAO)膜进行了湿化学刻蚀及高温退火处理,研究了其表面浸润特性随后处理条件变化的特征。结果表明,AAO膜表面的水接触角(WCA)随着刻蚀时间的延长呈现先增大后减小最终趋于极小定值的变化规律;当刻蚀时间大于90 min时,AAO膜表面呈现出超亲水的特征(WCA10°);刻蚀不同时间的AAO膜经过高温退火后其WCA均大于未经过高温退火的AAO膜,且WCA随着刻蚀时间的延长而增大,特别是刻蚀时间为120～180 min时,AAO膜为超疏水高黏性的,而刻蚀时间为200 min的AAO膜则为超疏水(WCA150°)极低黏性的,其表面与水滴的平均接触时间只有4.6 ms;所制备的超疏水AAO膜具有很好的时间稳定性。本工作还对经后处理的AAO膜的浸润特性随后处理条件变化的机理进行了定性分析。这些研究结果为设计具有不同浸润特性的功能化固体表面提供了新的思路,具有很好的实际应用价值。     

透明超疏水涂膜的研究进展

透明超疏水涂膜不但具有超疏水表面的独特性能,而且对可见光具有良好的透光性,在生产和生活中有着广泛的应用潜力,已逐步成为超疏水表面领域的一个研究热点。介绍了超疏水涂膜的透明性,并归纳了近年来透明超疏水涂膜制备方法取得的新进展。根据现有的理论和研究,提出利用氟硅烷类低表面能物质,与溶胶-凝胶法、相分离技术、等离子体刻蚀等能提供表面微观结构和粗糙度的技术有机结合,并控制好粗糙度与可见光透过率之间的关系,可制备出适用的透明超疏水涂膜。     

超疏水表面制备方法的比较

超疏水性是一种特殊的润湿性,它是指水滴与表面的静态接触角大于150°或者滑动角小于10°,其最初来源于"荷叶效应".本文对近几年关于超疏水理论和自然界中超疏水现象研究进行介绍,并对超疏水表面的制备方法及其应用进行综述.分别总结了基于模板法、涂覆法、刻蚀法的超疏水表面制备方案的优缺点及其改进措施,重点阐述超疏水表面在金属...     

2A12铝合金基体超疏水表面制备及性能研究

铝合金在使用过程中极易引发基体腐蚀现象,如点蚀、晶间腐蚀等,为保障铝合金在腐蚀环境中的应用,可通过建立超疏水表面改变铝合金表面的润湿性,从而在一定程度上减少腐蚀液与铝合金表面的接触,进而改善耐蚀性。本文通过酸刻蚀和沸水刻蚀两种方法在铝合金表面构筑微纳米结构,并使用低表面能物质硬脂酸进行表面处理得到超疏水表面。采用扫描电子显微镜、接触角测试仪、原子力显微镜分别对铝合金表面形貌、疏水性和粗糙度进行测试,得到两种方法的最佳制备时间,而后通过极化曲线对两种方法制备的铝合金表面耐蚀性能进行对比,进而研究两种刻蚀方法对铝合金耐蚀性的影响。实验结果表明：酸刻蚀时间为15 s时,铝合金表面接触角达到峰值163.9°,呈现超疏水状态,相对于空白样品,表面粗糙度增加了24倍,电化学自腐蚀电位正向移动0.362 8 V;沸水刻蚀时间为1 min时,其表面接触角达到峰值109.6°,比空白样品疏水性强但未呈现超疏水状态,相对于空白样品,经沸水刻蚀的铝合金表面粗糙度增加了4.4倍,电化学自腐蚀电位正向移动0.074 8 V。两种方法处理得到的铝合金表面的耐蚀性与空白铝合金试样相比均有显著提高,而酸刻蚀法的缓蚀效...     

沉积熔融法制备超疏水微结构表面

传统超疏水表面制备技术都有着各自的缺点,如加工成本高、受加工设备精度影响大、形貌尺寸随机性大。为得到低成本、形貌尺寸相对可控的超疏水微结构表面,提出了新型制备技术——沉积熔融法。通过金属颗粒悬浊液的自然沉积使微纳尺寸的颗粒均匀分布在金属表面,经熔融、再结晶使其与金属表面结合,再采用低表面能高分子修饰,制备出超疏水微结构表面。通过此方法采用锡铅合金在以黄铜、45号钢、6063铝合金基底上制备了超疏水微结构表面,并发现了金属基底材质与微结构表面的疏水性能之间没有必然关系。当微米尺寸的颗粒直径越小,制备的微结构表面的疏水性就越大。此外,相较于传统超疏水表面加工方法,沉积熔融法可实现微米级形貌的制备,且具有加工效率高、工艺简单、成本低廉、不影响原工件强度等优点,但其难以在弧形表面上应用的问题需要进一步研究。     

金属基超疏水表面的制备及性能研究进展

本文综述了金属基超疏水材料的研究进展,重点讨论了金属基超疏水表面的主要制备方法,比较了不同制备方法的优缺点。同时,探讨了金属基超疏水表面的各种功能特性,并分析了金属基超疏水表面目前在制备和应用中存在的主要问题。指出金属基超疏水表面未来的重点发展方向是简化制备工艺、降低成本、提高超疏水表面的耐久性和稳定性以及制备具有自修复性能的金属超疏水表面。     

Facile preparation of superhydrophobic surface with high adhesive forces based carbon/silica composite films

Glass substrates modified by carbon/silica composites are fabricated through a two-step process for the preparation of a superhydrophobic surface (water contact angle ≥ 150°). Carbon nanoparticles were first prepared through a deposition process on glass using a hydrothermal synthesis route, then the glass was modified by SiO₂ using the hydrolysis reaction of tetraethylorthosilicate at room temperature. It is not only a facile method to create a superhydrophobic surface, but also helps to form a multi-functional surface with high adhesive forces.     

纸基超疏水材料制备及应用的研究进展

目的 使相关研究者快速了解纸基超疏水材料的制备方法和应用,并为开发新型纸基超疏水材料提供思路和参考。方法 对超疏水的理论模型进行概述,按照制备方法分类总结纸基超疏水材料的研究进展,对各类制备方法的优缺点进行评述。结果 制备纸基超疏水材料的方法主要有表面涂布法、静电纺丝技术、浸渍涂布法、表面化学改性法、层层组装法、相分离法、非溶剂蒸汽法、超临界溶液快速膨胀技术等,其中表面涂布法和浸渍涂布法具有成本低廉、操作简单、易于实现大规模生产等优点,应用最为广泛。结论 纸基超疏水材料的绿色制备及多功能纸基超疏水材料的开发是该领域未来发展的主要方向。     

Design of submicron structures with superhydrophobic and oleophobic properties on zinc substrate

A superhydrophobic and oleophobic surface was demonstrated on Zn substrate via a composite method using chemical etching, hydrothermal reaction, and fluorinated modification. The surface morphology with aligned ZnO rods that grew almost perpendicularly on Zn substrate and had flat hexagonal crystallographic planes played a key role in the achievement of the superhydrophobicity and oleophobicity. The Zn surface with aligned ZnO rods was then made superhydrophobic and oleophobic with maximum distilled water and peanut oil contact angles (CAs) of 152° and 146°, respectively, by further fluorinated modification, and the sliding angle (SA) for distilled water was less than 10°. Moreover, on the basis of the classical models (Wenzel's and Cassie's model), an improved model was established to analyze the influence of the surface morphology on the wettability. The effect of the experimental parameters including the hydrothermal temperature and the concentration of the chemical etching agent on the surface morphology and the wettability were examined, and then the optimum parameters were obtained. This method is simple and inexpensive, and has potential application in depositing Zn coating that can provide both corrosion resistance and oleophobicity to the substrate metals.     

表面超疏水性能的数值模拟研究进展

表面超疏水是自然界中一种常见的极端润湿现象。一般认为,表面超疏水是由表面微观结构和化学成分共同决定的。超疏水表面由于独特的非润湿性能,在润湿性变化、减阻、液滴弹跳、传热、蒸发、冷凝等方面具有广泛的应用前景。总结了近年来研究人员在超疏水表面润湿性变化、减阻、液滴弹跳、传热、蒸发、冷凝等方面的数值模拟研究情况,归纳了在超疏水性能研究中常用的数值模拟方法,并对其进行了评价,指出了这些方法存在的优点和缺点,提出了超疏水性能数值模拟研究应该关注的重点和研究方向。     

Multifunctional superhydrophobic coatings fabricated from basalt scales on a fluorocarbon coating base

Superhydrophobic coatings are increasingly being evaluated as anticorrosion interventions in exceed-ingly hydrated environments.However,concerns about their long-term durability and amenability to large-area applications in marine environments are still hindering commercial-scale deployment.This study is focused on development of easy-to-apply superhydrophobic coatings,with multifunctional capa-bilities,in order to extend the integrity and durability of the coatings in harsh marine environments.Here,a set of facile methods involving selective chemical etching using concentrated NaOH,as well as fluori-nation with perfluoropolyether methyl ester were adopted to fabricate a superhydrophobic surface on basalt scales,having the required rough hierarchical micro-nanotextured and low surface energy.The superhydrophobic basalt scales were subsequently aligned atop a fluorocarbon resin,pre-deposited on a metal substrate,to yield a multifunctional superhydrophobic coating(3 μL water droplet;contact angle=165.1°,rolling angle=0.7°),easily amenable to large surface area application and having excellent wear resistance,UV-aging resistance,salt spray resistance,corrosion resistance and antibacterial capabilities.     

喷涂法一步制备绿色超疏水白卡纸

目的 为改变纸张表面与水之间的相互作用,提高纸包装材料的抗水性,扩大纸包装的应用范围.方法 采用 γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)对纳米二氧化硅进行疏水改性,然后将改性后的纳米二氧化硅喷涂在白卡纸表面.采用扫描电镜和X射线能谱对喷涂处理后白卡纸的表面形貌和元素组成进行分析,并对其性能进行考察.结果 喷涂后的白卡纸表面具有微纳粗糙结构,表面接触角为156.3°,滚动角为3.5°,具备了超疏水性能.制备的超疏水白卡纸具有优良的自清洁、防污、耐酸碱、耐高低温和牢固度等性能.结论 制备的超疏水白卡纸可用于多种包装场景,大大扩展了白卡纸的应用范围,并且制备过程操作简单,易于实现工业化.