超疏水低密度聚乙烯表面的制备及其抑冰性能研究

采用在低密度聚乙烯(LDPE)基材表面沉积蜡烛灰涂层的方式,制备纳米结构超疏水表面。研究发现,在常温((24±2)℃)条件下,该超疏水表面与水滴的接触角为162°,滚动角仅为1°。冰与基材表面的黏附力测试结果表明:普通LDPE表面与冰的黏附力是超疏水LDPE表面的3.38倍;冰块在微风或表面倾斜5°的条件下,易从超疏水LDPE表面滑落,表明超疏水LDPE表面在滴水结冰条件下具有良好的抑冰性能。     

氧化还原法制备超疏水表面及其防覆冰性能

使用化学氧化还原法制备出疏水性能优异的超疏水表面,使用接触角测量仪、扫描电镜对表面浸润性及形貌进行表征分析。制得的铝基体超疏水表面接触角高达163.31°,滚动角小于5°。探究不同反应时间对表面形貌和浸润性的影响,使用自制的结冰监测系统对制备出的超疏水表面的静态和动态水滴防覆冰性能进行探究,并结合一维传热理论和经典成核理论对实验结果进行分析。结果表明,反应80min时表面疏水效果最好,超疏水表面静态水滴延缓结冰时间约是普通样品的5倍,结冰温度也低了3.3℃,动态水滴撞击表面时,超疏水表面始终无积水和覆冰,表现出优异的静态和动态防覆冰性能。     

溶胶凝胶法铝基超疏水表面的制备及其防覆冰性能

利用溶胶凝胶法(Sol-Gel)在铝基体上制得超疏水表面,并用自制的基于二级制冷方式的材料样品结冰状况实时采集控制系统对单个水滴进行定量定性防覆冰测试。使用红外光谱仪、扫描电镜对表面形貌及结构进行表征。制得的超疏水表面静态接触角高达169.17°,滚动角3~5°,具有极好的超疏水性和低粘附力。防覆冰实验显示超疏水铝片经过65 min,在-8.3℃时才结冰,比未经过处理的普通铝片结冰时间延长了52 min,温度也要低4.2℃,显示出优异的抗结冰性能。为超疏水在防覆冰领域的应用提供了一定的参考价值。     

冷表面上水滴结冰问题的实验研究进展

文章对冷表面上水滴沉积结冰和撞击结冰微物理过程的实验研究进展进行总结。提出影响水滴结冰的因素主要有冷表面、环境条件、水滴自身和附加力/场,重点介绍了低能表面抑冰性能和对流情况对水滴结冰影响的研究现状。最后,指出不同因素对水滴结冰的影响规律,超疏水表面抑冰性能的优化,以及结冰过程主动控制方法的探索可以开展深入研究,为进一步研究和应用提供参考。     

铝合金基体超疏水表面的制备及防冰霜性能研究

用化学刻蚀法构建铝合金基体二元三维微纳米表面结构,再经棕榈酸修饰,制备了仿生超疏水表面。水滴与表面接触角达157°,滚动角3°。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征其形貌和表面元素;并测试其防粘附性能,防结冰和结霜性能。结果表明,其疏水机理与Cassie模型相符,超疏水性能和防粘附性能良好,且结冰时间长,结霜量少。     

疏水/超疏水船用铝合金表面制备及其耐久性

采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在抛光和经激光刻蚀的船用铝合金表面,制备疏水/超疏水铝合金表面。利用使试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试疏水/超疏水表面的耐久性,结果表明:抛光表面的接触角随SiO2浓度的增高而增大,最大可达150.8°,但表面对水滴具有强黏附力。当摩擦滑行距离达到10m时,接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°;激光刻蚀的网格和点阵微结构表面既具有超疏水特性又呈现出低黏附力;且网格表面的接触角更大,最大达155.4°,滚动角更小,最小仅为0.34°。当摩擦滑行距离达到10m时,表面依然疏水,且网格微结构的耐久性更强。     

路面用超疏水材料的抑冰研究进展

对路面超疏水材料的抑冰性能研究进展进行了综述。首先对超疏水性的基本理论进行了论述，然后系统论述了超疏水材料的防结冰机理和疏冰机理。超疏水材料通过抑制表面液滴的成核过程以及通过自身的低表面能和粗糙结构达到降低冰与基质之间粘附力的效果。且对超疏水在道路工程中的应用进行了论述，同时对其在应用中存在的问题进行了分析，指出发展具有良好耐久性能的超疏水表面将是今后路面抑冰研究的重点。     

表面微结构设计对材料疏水及防冰性能影响研究

以硅氧烷为疏水剂,采用浸渍法在具有开放及封闭微结构的金属铝板上制备了超疏水表面,系统考查了表面微结构设计对材料疏水及防冰性能的影响。结果表明,超疏水表面静态接触角随结除冰次数的增加而减少,滚动角随结除冰次数的增加而增大,且在多个结冰除冰循环后,表面开放微结构的金属铝板丧失其超疏水性,表面封闭微结构的金属铝板仍保持其超疏水性。进一步实验研究表明,在多个结冰除冰循环后,在相同结冰条件下,水滴在表面为开放微结构的金属铝板上的结冰时间远长于表面为封闭结构的金属铝板。     

沥青路面超疏水抗凝冰材料研究进展

超疏水材料作为一种具有特殊表面性质的新型智能仿生材料,因其优良的疏水防冰性能,已广泛应用于航天、电力等领域,但在公路交通领域尚处于探索研究阶段.沥青路面超疏水抗凝冰材料属于主动抑冰融雪技术,能够延缓道路结冰,降低冰层与路面间的黏附力,为冬季沥青路面的疏水防冰提供新思路.目前,沥青路面超疏水材料抗凝冰理论及技术尚不成熟,主要通过加入低表面能材料和提高表面粗糙度两种方式构建超疏水表面,从而缩短液滴与界面接触时间、降低凝固点、延迟结冰时间以及降低冰层与基质表面的粘结力,从而达到疏水防冰的目的.路用超疏水材料主要包括疏水型融雪抑冰材料和抗覆冰超疏水涂层材料两种.沥青路面超疏水涂层承受复杂外界因素的综合作用,其耐磨性、长期疏水防冰性能受到广大研究学者的关注.本文介绍了"冰-路"界面粘结机理;按加载方式将"冰-路"粘结强度测试方法分为直接拉拔法、离心力法、冲击法、间接拉伸法、剪切应力法等.超疏水材料的长效性问题主要表现为机械稳定性和耐磨性应用效果不佳.沥青路面表面结构复杂,影响因素众多,从实际工程应用来看,沥青路面超疏水抗凝冰材料的制备技术、评价方法和工程应用长效性仍需进一步研究.本文归纳了沥青路面超疏水抗凝冰材料的研究进展,分别对超疏水材料抗凝冰理论、沥青路面超疏水材料制备方法、沥青路面超疏水涂层处治技术、超疏水涂层抗凝冰性能测试方法和超疏水材料长效性等方面进行了介绍,分析了沥青路面超疏水抗凝冰材料面临的问题并展望了其前景,以期为制备耐久、环境友好的新型沥青路面超疏水抗凝冰材料提供参考.     

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.     

具有不同黏附力Al-Mg-Si合金超疏水表面的制备与表征

基于位错刻蚀理论利用溶液浸泡处理A1-Mg-Si合金在其表面形成微观粗糙表面结构,采用自组装技术在此表面制备FDTS自组装分子膜.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和表面粗糙度仪对试样表面形貌进行了表征;采用接触角测量仪对试样表面接触角进行了测量.结果表明,试样经溶液浸泡处理和沉积自组装分子膜后,其表面润湿性实现了由亲水到超亲水再到超疏水的转变;改变溶液浸泡时间得到具有不同微观结构的表面,沉积自组装分子膜后得到的超疏水表面具有不同的滚动接触角,其表面黏附力具有明显差异.分析认为,超疏水表面的获得是溶液浸泡处理得到的粗糙表面结构和低表面能物质FDTS自组装分子膜共同作用的结果;表面黏附力的差异是试样表面微观形貌的不同造成水滴在其表面所处状态的差异引发的.     

改性PAMAM超亲水聚合物的制备及其防覆冰性能研究

采用溶胶-凝胶法引入二氧化硅纳米粒子制备了超亲水改性PAMAM聚合物,利用FT-IR、SEM、AFM以及表面张力仪对改性PAMAM聚合物涂层进行表征,考察了改性PAMAM聚合物涂层的润湿性能和表面结构特征,并对其防覆冰性能进行了研究。结果表明,制备的超亲水涂层表面形成了微纳米复合结构且静态接触角为9.4°达到超亲水状态;超亲水涂层具有较好的防结冰特性,主要是由于PAMAM端部的氨基以及分子空腔有助于超亲水表面形成水膜,抑制表面结冰速度,40min内覆冰量仅为1.19g,温度-5℃时延迟结冰时间可长达133s,而普通的疏水涂层只能延迟38s;改性PAMAM涂层的冰表面粘附力约为0.33N,疏冰性能显著优于普通的亲水和疏水涂层;稳定性测试中,经过12次结冰循环测试,其静态接触角和冰表面粘附力的平均变动幅度分别为1.4%和1.2%。     

基于PVDF的高粘附力超疏水表面的制备和性能

使用金相砂纸打磨的方法在聚偏氟乙烯(PVDF)基片上构建了粗糙结构,然后使用氟化试剂全氟辛基二甲基氯硅烷(PFODMCS)对粗糙的PVDF基片进行化学修饰即得到高粘附力的PVDF超疏水表面。该表面对水滴接触角为153.2°,将表面倾斜90°或180°倒置后水滴仍不能滚动的,显示出表面与水滴之间具有强的粘附性。分别使用X-射线光电子能谱仪(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对PVDF超疏水表面的化学成分和微观形貌进行了表征。使用高敏感电子天平测试了超疏水表面与水滴之间的粘附力,其最大粘附力高达87μN。     

一种材料超疏水表面的制备方法及其应用

首先介绍了超疏水表面的重要应用,对超疏水表面结构进行了定义,并列举了几种制备超疏水表面的方法.详细介绍了利用复制模塑法制备超疏水表面的工艺过程,通过样品的扫描电镜照片分析了该工艺的优点以及工艺参数对样品表面微造型的影响.水滴在方形柱和平行光栅这两种PDMS微结构表面上的接触角分别为(154.6±0.7)°和(160.2±1.9)°,滚动角分别为6°和3°,达到超疏水标准.最后介绍了复制模塑法在制备超疏水表面、生物抗粘附研究及细胞分选过程中的应用,展望了其广阔的发展前景.     

高速电火花线切割制备耐用型超疏水铜表面

采用高速电火花线切割机床在铜表面构筑复合粗糙结构,经自组装技术处理后得到了超疏水铜表面。结果表明,高速电火花线切割机床在铜表面构筑陨石坑-突起-鳞片-气孔-颗粒复合粗糙结构,该复合结构形成了"气垫"效应,实现了超疏水功能,表面静态接触角达153.73°,滚动角为2.33°。研究了脉冲宽度对表面疏水性能的影响,结果表明,脉冲宽度对铜表面复合粗糙结构的形貌和水滴在表面的接触状态都有十分重要的影响。随着脉冲宽度的增加,铜表面陨石坑直径随之增大,陨石坑深度减小,单位面积内的突起物数量随之减少。微观结构的变化导致水滴在铜表面的接触状态由Cassie模型向Wenzel模型转变。胶带剥离试验表明超疏水铜表面具有良好的耐用性,剥离后的试件具有良好的可修复性和时间稳定性。     

过冷水滴碰撞导线表面结冰机理的实验研究

导线覆冰是一种随机发生的自然现象,曾对电网的安全构成严重危害.目前人们对过冷水滴碰撞导线结冰过程机理认识尚不太清楚.文中对过冷水滴碰撞导线表面结冰机理进行了实验研究,通过对单一过冷水滴碰撞圆柱金属表面冻结的动态行为进行高速拍摄,揭示了该结冰过程形态特征,并从大量实验数据中分析得到了过冷水滴分别以2.2m/s和4.3m/s的速度撞击不锈钢、紫铜、铝等表面瞬时结冰边界条件的统计数据.同时还对过冷水滴流量从0.6滴/s到2.2滴/s,环境温度从-2℃～-8℃时导线覆冰增长动态过程影像及形态变化进行了研究和归纳分析.     

石蜡断面超疏水机理的探究及其在油水分离方面的应用（英文）

实验发现石蜡断面具有良好的超疏水性能,石蜡断面的水滴接触角达到152.4±3°,石蜡外表面水滴接触角为108±3°。利用铜网在石蜡表面复制其断面形貌,可快速制备大面积超疏水石蜡表面,接触角高达162.4±3°,滚动角小于3°。利用此超疏水石蜡表面设计出一种自动油水分离装置,可实现油水连续分离,收集正己烷速率可达0.67mL/s。扫描电子显微镜(SEM)观察发现石蜡断面粗糙度很高且存在较多连续和非连续的晶区,而石蜡外表面较光滑。扫描差示量热仪(DSC)和X射线衍射(XRD)证明石蜡具有一定的熔限和较高的结晶度。偏光显微镜(POM)观察石蜡熔体的冷却过程,发现冷却过程中有大量不同尺寸的结晶产生。实验结果表明:石蜡断面和石蜡外表面的超疏水性差别较大的原因在于断面具有较高的粗糙度,而外表面粗糙度较低,断面的高粗糙度来自于石蜡内部存在大量的连续晶相和非晶相。当石蜡断裂时,晶相一方面充当了应力集中点,导致断面出现不规则的裂纹;另一方面,晶相充当了微纳尺度的"填料";晶相和非晶相在断裂面的凸起也会导致断面粗糙度高。     

基于纤维素纳米纤维的超疏水涂层制备研究

采用简单的浸涂法制备具有优异自清洁性能和良好耐久性能的超疏水涂层。基于纤维素纳米纤维(CNF)与低表面能物质聚二甲基硅氧烷(PDMS),以棉织物为基底制备了超疏水涂层,实现了棉织物表面功能化。通过单因素实验分别研究不同浓度CNF以及不同浓度PDMS对涂层疏水性的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)等对超疏水涂层进行了测试表征。CNF和PDMS在棉织物表面牢固结合,成功制备了耐久超疏水涂层。SEM结果显示,与纯PDMS涂层相比,CNF构筑了超疏水涂层所需的微观粗糙结构,为超疏水涂层的制备提供了有利条件。当PDMS浓度为4%,CNF浓度为4%时,超疏水涂层的水滴接触角(WCA)达159.2°,水滴滚动角(WSA)为4.3°。耐摩擦测试结果显示,经过40次砂纸摩擦之后涂层的水滴接触角仍达150.3°,具有超疏水性能,说明PDMS为涂层提供低表面能的同时,也具有良好的粘结性能进而提高了涂层的耐久性能。采用CNF和PDMS在棉织物表面成功制备了耐久超疏水涂层,同时实现了优异的自清洁、防水抗污性能,并且具有良好的耐久性能。     

超疏水表面抗结冰性能研究进展

阐述了近期国内外对超疏水表面抗结冰的研究进展,以期弄清这种特殊浸润性表面的抗结冰性能。发现必须根据超疏水表面的微结构类型判断其能否抗结冰,而不能只依据接触角进行笼统的判断。有些超疏水表面,其抗结冰能力随着结冰-融冰循环次数的增加而下降。在低温高湿条件下,很多超疏水表面的抗结冰能力会因水蒸气在表面微纳结构的间隙内冷凝而恶化.因此,设计机械强度高的超疏水表面(耐结冰融冰循环)、或能使冷凝水滴在其上自迁移的新型超疏水表面、或者简单地在固体表面沉积一层光滑牢固的疏冰涂层,或许是制备持久抗结冰表面的现实、可靠选择。     

超疏水表面的制备与应用研究进展

近年来，受天然动植物的启发，越来越多的研究者设计和制备出了大量仿生超疏水表面。超疏水是指水滴接触角>150°,滚动角<10°的湿润状态。超疏水表面应用广泛，如耐腐蚀、防冰除冻、油水分离、自清洁性等性能，在很多领域有着较大的价值，国内外诸多学者开展了超疏水表面的制备及应用研究。高效的制备方法及持续的超疏水性能已成为该领域的研究热点和重要发展方向。在简要回顾超疏水理论模型之后，按照超疏水表面的制备方法以及应用等方面进行归纳分类并详细介绍其研究和应用现状，最后对其未来的发展趋势进行展望。