镍钛合金表面微纳结构构建及其疏水性能研究

基于相对自由能和润湿方程,从平行沟槽方向和垂直沟槽方向探究镍钛合金表面单向沟槽阵列结构的润湿机制,建立Wenzel态和Cassie-Baxter态下的液滴接触角模型,分析不同尺寸参数下的接触角理论值。通过微铣削加工技术对镍钛合金表面进行改性处理,加工出所需的微结构,并采用VHX 5000超景深三维显微镜和JC2000D1型接触角测量仪测量分析其表面形貌、尺寸参数以及实际接触角。结果表明：微铣削制备的镍钛合金表面阵列结构尺寸精度较好,结构边界完整,满足设计要求;平行方向的实际接触角随着柱宽的增大而减小,最大静态接触角为145.4°,与平行方向的Cassie-Baxter态接触角趋势相符;垂直方向的Cassie-Baxter态理论接触角在数值上等于镍钛合金表面的本征接触角;同时垂直方向的实际接触角与Wenzel态接触角趋势不符,误差在42.1°内。     

透明氧化铝薄膜的疏水性能研究

以异丙醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法制得性能稳定的纳米氧化铝溶胶,采用高温热处理及沸水处理法,控制适当的条件,得到表面粗糙的网络结构氧化铝膜。用氟硅烷分别修饰不同条件处理的粗糙氧化铝膜表面,进行接触角测试、XRD相分析和SEM结构表征。结果表明,经450℃热处理15min,沸水处理20min后,氟硅烷修饰的的氧化铝膜纳米网络结构表面对水的接触角达到120.3o,较未处理及其他条件处理的膜结构接触角有一定幅度的提高。     

基于微铣削的微结构尺寸与形状对PMMA表面疏水性的影响

目的 研究不同微结构尺寸参数和阵列形状对PMMA表面疏水性的影响.方法 使用精密微铣削方式,在光滑PMMA表面加工微沟槽、方柱、圆形及椭圆形阵列,并将测量的水滴的接触角和形状作为表面疏水性的表征指标.结果当微沟槽阵列的微槽宽度B、凸台宽度C及微槽深度H分别在84.86～208.77μm、36.22～133.94μm、6...     

修饰不同微结构对疏水性表面浸润性的影响

目的研究修饰微结构对疏水性材料表面浸润性的影响并指导制备超疏水表面。方法基于有限元软件建立了水滴在修饰不同微结构的疏水性表面的润湿模型,通过水滴表观接触角衡量分析了疏水材料表面修饰单一粗糙结构和复合粗糙结构对疏水性提升的效果,利用硅树脂掺杂微粒制备了不同粗糙度的疏水性涂层,涂层固化后测试其实际接触角大小,并与仿真结果对比。结果仿真结果显示,对水滴接触角为100°的表面修饰单一粗糙结构后,由于微结构形成的凹槽滞留空气,阻碍了水滴在表面铺展,使得水滴在表面的接触角增大至133°。在原微结构基础上修饰更小一级的微结构后,水滴在表面的接触角达168°,材料表面达到超疏水效果。实验中,随涂层表面粗糙度的提升,水滴在表面的接触角逐渐增大,掺混两种微粒的疏水涂层固化后,表面形成复合微观结构,水滴接触角达162°,与仿真结果拟合较好。结论在疏水性表面修饰微结构可显著提升其表面疏水性,修饰复合结构后可达到超疏水效果,此方法可用于实际工程制备超疏水表面。     

不同长度金属结合肽对大肠杆菌吸附钯性能的影响

利用微生物吸附法回收铂族金属(PGMs)有较大的应用前景,然而利用基因工程手段改造微生物胞外金属结合基团,进而提升微生物的吸附量与特异性仍是一项挑战。本研究利用微生物表面展示技术,在大肠杆菌(Escherichia coli,简写为E. coli)BL21菌株外膜上展示了不同长度的金属结合肽(EC10、EC20、EC30),并解析了其对钯(Pd(II))的吸附行为。结果表明,在E.coli BL21表面展示不同长度金属结合肽均能增强其对Pd(II)的吸附量。其中,表面展示了EC20的菌株(简写为E. coli EC20)吸附量最高,为144.25 mg/g,是未进行表面展示菌株的1.14倍;E. coli BL21和E. coli EC20均能够从含多种金属离子的工业废水中选择性吸附Pd(II)和Pt(IV),两株菌对Pd(II)吸附率分别为96.2%和99.0%。以上研究表明利用表面展示技术增加微生物外膜金属结合基团是一种有效提升微生物吸附能力的手段。     

疏水性安全壳壁面的硅表面微孔结构制备

为构建疏水性安全壳内壁面涂层以提高事故中的传热能力,以Si作为功能涂层材料,在其表面上制备了不同圆孔间距及圆孔深度的微孔阵列样品以研究微米结构对表面疏水特性的影响,并对其疏水机理进行分析。结果表明,所制备的微孔样品润湿特性均符合Cassie-Baxter模型,在本征接触角为69.5°的Si表面通过微孔结构调控可显著提高疏水特性,获得了具有140°接触角的优异疏水特性样品而未进行表面化学修饰。研究结果为设计安全壳涂层材料及其表面微结构提供了技术方案,为强化核电站非能动安全壳冷却系统传热性能提供了解决思路。     

疏水型自清洁涂料的制备与性能研究

采用机械共混法,通过添加疏水性纳米SiO2对PRTV硅橡胶涂料进行改性,研究了纳米SiO2的添加量对改性PRTV涂层表面疏水性的影响,并探讨了涂层表面的微结构与其水接触角的内在关系。结果表明:利用共混法将疏水性纳米SiO2加入PRTV涂料中,可以制备出具有超疏水性的复合涂料,其涂层的水接触角可由106°提高到150°。     

生物医用钛植入体表面微纳结构与生物活性离子对生物相容性影响研究综述

生物医用钛植入体的表面微观形貌及化学组成作为影响植入体生物相容性的重要因素,决定了植入的稳定性和使用寿命,得到广泛研究,对钛植入体的表面改性研究现状进行系统梳理变得极为重要。针对钛植入体表面微纳米复合结构的构建及添加典型生物活性离子的研究现状进行综述,以及二者的结合对促进细胞黏附、增殖、分化和促进动物体内成骨的协同效应,简述微纳米复合结构对细胞行为的内在调控机制。结果表明,钛植入体表面的微纳米复合结构及生物活性离子对细胞的行为均表现出积极作用,兼具二者的植入体能够更好地促进细胞的黏附、增殖及分化,植入动物体内后更有利于植入体与周围组织的骨性整合。最后,根据当前生物医用钛植入体表面改性研究中存在的抗菌性能较差、对细胞的影响机制不明确等问题,提出植入体在表面改性领域的研究趋势。提出了钛植入体表面改性领域微纳结构构建和生物活性离子添加的研究现状和未来的发展方向,填补了钛植入体表面改性领域目前缺少综述文章来引领的空白,可为未来钛植入体的表面改性的发展提供借鉴。     

基于MATLAB分析不同形貌对金属表面润湿性能的影响

目的 研究不同形貌的微结构表面对金属表面润湿性能的影响。方法 首先在金属材料表面建立一级与二级微结构模型,然后整理得出不同微结构模型评定参数的公式,最后利用Matlab对不同形貌表面相关公式进行模拟计算,绘制得到不同形貌表面润湿特性三维曲线。结果 一级微结构中,球形微结构模型表面表观接触角θ皆为定值,即完全润湿θc=74.443°,不完全润湿θw=131.720°。其余微结构模型利用Matlab模拟计算,均可以得到光滑的三维曲线,其中在铜基表面设计制备三维方柱阵列微结构,可获得超疏水特性。二级微结构中,比较完全润湿状态,不完全润湿状态粗糙因子f远小于Υ。在不完全润湿状态中,粗糙因子f趋近于0,与完全润湿状态模拟的表观接触角结果相比,不完全润湿状态下,采用三维阵列微结构研究金属表面微结构对表观接触角的影响最为合适。结论 模拟条件相同的情况下,改变金属表面微观形貌会引起润湿性能的改变。金属表面润湿性能与表面微细结构以及微结构参数均存在映射关系,但是表面微结构的维度并非越高越好,一级微结构同样也可以得到所需疏水性能。在外在影响因素相同的条件下,若要研究分析金属表面微结构参数的改变对表观接触角的影响,采用三维阵列微结构最为合适。     

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.     

金属表面疏水性研究进展

表面疏水性是近年来科学研究的热点。在生活中观察到荷叶表面上的水滴呈现圆球状,并能在荷叶上滚动而带走灰尘。研究发现荷叶表面具有优越的疏水性和自清洁特性,主要是由其表面微观的粗糙结构和低表面能物质共同引起的。概述了荷叶表面疏水性产生的原因,指出由于荷叶表面存在大量的微米级乳突,在这些微米级乳突上还有一些纳米级结构,这种纳米级结构正是引起荷叶表面超疏水的根本原因。归纳了疏水性表面的重要理论,其中,Young方程针对平整、光滑表面,将液滴在光滑表面上的张力和接触角联系起来;Wenzel模型是在Young方程的基础上引入了粗糙度因子,Wenzel模型中液滴形成的是一种非复合式的润湿状态,液滴和固体表面完全接触;Cassie方程是Wenzel模型的延伸,液滴和固体之间不再是单纯的非复合式接触,而是混有一定空气的复合式接触。在此基础上,综述了近年来表面疏水性的制备方法,包括化学法、特种加工法和微切削法等,最后展望了疏水性表面目前存在的问题。     

不同润湿性液体在粗糙表面的润湿滞后现象

润湿滞后是表征液体脱离固体表面难易程度的核心参数。为了研究不同润湿性状态下的润湿滞后现象,在定量描述固体表面粗糙度的基础上,首次在3种不同粗糙度固体表面上对强亲水到疏水范围内的液体进行系统的Wenzel接触角及润湿滞后实验,在通过Wenzel理论及静摩擦力理论验证座滴法与体积法实验结果准确性的前提下,进一步研究不同润湿性状态下杨氏接触角、粗糙度与润湿滞后之间的定性关系。结果表明:固体样品1(固体表面粗糙度,r=1.15)的润湿滞后效应在不同润湿状态下保持一常数,而固体样品2(r=1.64)及固体样品3(r=2.29)的润湿滞后效应在θ_e=90°附近达到最大,随着亲水和疏水程度的增加,润湿滞后效应均不断减小;粗糙度与润湿滞后的关系也并不单调,在亲水状态下,润湿滞后效应随着粗糙度的增加而减小,而在中性润湿状态下未发现明显规律。     

氧化锆粉末的表面改性研究

采用表面改性剂C对ZrO2粉末表面进行改性处理,制备出了有机/无机包覆的陶瓷粉末。研究了表面改性对粉末粒度和粒度分布的影响,利用SEM观察了表面改性前后粉末的团聚和微观形貌,测试了不同改性剂含量粉末的沉降时间和润湿接触角。研究结果表明:(1)超声波分散时间越长,粉末的中位径粒度越小;(2)改性粉末在二甲苯溶液中的粒度减小,团聚度降低;(3)粉末在二甲苯溶液中的沉降时间快慢为:to<>θ0.5%C>θ3%C≈θ5%C,改性粉末在非极性溶液中的分散性、稳定性和润湿性得到明显提高。     

化学刻蚀法制备金属超疏水表面的方法及机理研究

超疏水表面应用广泛,价值巨大。构筑超疏水表面的方法众多,化学刻蚀具有方法简单、效果显著的特点。针对金属表面,研究刻蚀液成分、溶液配比及反应条件对材料疏水性能的影响以及低表面能修饰方法与机理。从Wenzel、Cassie基础理论模型展开,综述了不同的固-液接触状态及疏液机理,通过SEM图与关系曲线图,直观地展示了刻蚀方法与刻蚀反应条件对试样表面微观形貌与宏观疏水性能的影响。从理论分析的角度阐述了表面微结构形貌以及尺寸参数对于静态、动态疏水性能的影响。针对用于低表面修饰的修饰剂与官能团,对其修饰效果与修饰机理进行了说明。在此基础上,针对该方法目前存在的问题进行总结和梳理,并对刻蚀后表面疏水性能稳定性在不同情况下出现波动的原因进行深入分析。     

等离子体处理对石墨膜表面亲水性的影响

目的通过等离子体处理石墨膜,提高石墨膜表面的亲水性。方法采用不同的工艺条件对石墨膜进行等离子体处理,测试石墨膜的表面接触角。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜观察石墨膜处理前后表面形貌的变化,通过X射线光电子能谱分析石墨膜处理前后表面成分的变化。采用万能材料试验机测试镀铜样品的剥离强度,评价铜镀层与石墨膜的结合力。结果采用空气处理气氛时,在气体流量为0.4 L/min、功率为60 W的条件下,处理30 s,石墨膜的接触角从处理前的93.41°降至4.49°;表面均方根粗糙度由952.10pm提高到12.54 nm,最大高低差从10.81 nm升至72.70 nm。由X射线光电子能谱分析可知,石墨膜经等离子体处理后,碳元素的原子数分数由未处理的98.37%下降到83.13%,氧元素的原子数分数由未处理的1.63%升高到16.87%,氧碳含量比则由起初的1.66%升高到20.29%。结论石墨膜经等离子体处理后,表面被刻蚀并且引入含氧极性基团,等离子体处理显著提高了石墨膜表面的亲水性。