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.     

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。     

铝基体超疏水表面结冰结霜特性研究

采用中性电解液,通过电化学加工技术及氟化处理方法制备出铝基体超疏水表面,接触角达160°,滚动角小于5°,并在其上进行了结冰和结霜研究.在不同实验条件下研究超疏水表面的形貌、霜高随时间的变化,并与相同条件下的普通铝表面、吸水性表面进行了对比.结果表明,该超疏水表面经过50多次结霜、除霜后,仍具有很好的超疏水性能,表现出良好的重复性和耐久性;与普通铝表面相比,铝基体超疏水表面具有明显的抗结冰结霜性能,霜晶先出现在四周边缘处并逐渐蔓延到中间,但抑霜能力随着冷表面温度的降低而减小;与吸水性表面相比,超疏水表面在抗结冰结霜的同时能有效抑制表面质量的增加.     

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。     

超疏水表面防结冰结霜性能的研究进展

利用超疏水表面可以防止或减少金属表面结冰结霜,在制备防结冰结霜表面中得到了广泛深入地研究。超疏水表面一般是利用其自身表面的粗糙结构和低表面能来使得液滴无法在其表面长时间停留而获得超疏水性能,但是液滴在低温和大湿度以及液滴在高高度撞击超疏水表面条件下会使超疏水表面的抗结冰结霜性能明显降低。针对这种情况,综述了超疏水表面在这方面的进展来探讨提高其抗结冰结霜性能的可能途径和方法。     

铝基超疏水表面的耐海水腐蚀性能研究

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/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,并对表面的耐海水腐蚀性能进行了研究,研究表明,当采用100g/L硫酸、10g/L草酸、10g/L丙三醇作为电解液进行阳极氧化,孔洞孔径达200nm时,接触角达157°。模拟人工海水中的腐蚀实验,结果表明,超疏水表面材料的腐蚀速率比未经处理的空白试样缓慢一个数量级。     

耐久性超疏水表面的研究进展

介绍了超疏水表面的性质并指出目前超疏水表面存在耐久性的缺陷,阻碍了其实际应用和推广。对目前制备耐久性超疏水表面的研究进展进行了综述,列出了现今耐久性超疏水表面的应用,指出目前耐久性超疏水存在检测及标准不统一、理论支持不足、制备条件苛刻等问题,并就这些问题对未来耐久性超疏水研究做出了展望。     

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...     

超疏水沥青混凝土抗凝冰性能及评价

引入超疏水设计理念,制备了具有超疏水抗凝冰性能的沥青混凝土试件。通过模拟试验和理论分析相结合,开展了超疏水沥青混凝土抗凝冰性能研究,测定了普通试件及超疏水试件抗凝冰性能差异,分析了不同工况下超疏水沥青混凝土试件的抗凝冰性能。通过接触角测定及表面能计算,评价了超疏水沥青混凝土的防冰、疏冰性能。结果表明,超疏水沥青混凝土可有效促进液滴滚落,滚落率高达80%。通过自行设计的落锤冲击试验间接测定了超疏水沥青混凝土试件的"冰-路"附着力,仅为普通沥青混凝土试件的38.5%。基于不同工况,降雪环境下超疏水沥青混凝土试件冰的残留率最低。接触角试验和表面能计算表明,超疏水沥青混凝土的表面能为1.97mJ/m2,仅为普通沥青混凝土的5.1%,体现了良好的抗凝冰性能。     

船体用钢板基底超疏水表面的制备和性能

采用激光加工技术构建微米级的表面微结构,将SiO₂纳米粒子均匀分散在低表面能含氟聚合物中形成聚合物基纳米复合材料,并将其涂覆在表面微结构上构建微纳双层仿生结构,获得了超疏水船体钢板表面。用光学显微镜、扫描电镜和x射线光电子能谱等手段表征其形貌和表面元素,用接触角测量仪测量了表面接触角。结果表明,与具有单一的微米或纳米结构的表面相比较,具有微纳双层结构的表面可以获得更大的接触角。接触角与纳米SiO₂浓度有关,浓度越高,接触角越大。当SiO₂的浓度为0.167mol/L,接触角可达168 2°。单一微米结构和纳米结构的表面符合Wenzel模型,即使将表面竖直放置,液滴仍不会滚落。微纳双层结构的表面符合Cassie模型,具有大的接触角和小的滚动角,且滚动角随SiO₂浓度的增大而减小。当SiO₂的浓度为0.167mol/L,滚动角仅为0.29°     

超疏水仿生水泥混凝土路面防覆冰技术及效能评价

通过微纳米路表构建与超疏水材料涂覆技术相结合,制备了超疏水仿生水泥混凝土路面模型试件;开展超疏水材料涂覆技术研究,分析总结其制备工艺;采用自行设计的"冰-路"附着强度测试装置进行防覆冰性能测试,同时开展接触角测量试验、路面表面能计算及耐久性试验,综合评价超疏水仿生水泥混凝土路面的疏水、防冰效能。结果表明:超疏水水泥混凝土试件表面冰的残留率为29.9%,是普通试件的1/3左右,间接反映了超疏水路面具有较好的疏冰性能;与普通试件的接触角0°相比,超疏水水泥混凝土试件的接触角为153.5°,达到超疏水状态;表面能计算表明超疏水材料的作用降低了路面表面能,仅为普通水泥路面的3.4%,进一步验证了超疏水水泥混凝土路面可显著降低"冰-路"附着强度;通过模拟轮胎与路面的摩擦作用,接触角依然在90°以上,表明超疏水路面耐久性良好。     

纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层的制备及性能研究

以有机硅聚丙烯酸为成膜物质,经γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面化学改性后的纳米SiO_2粒子(经甲苯-2,4-二异氰酸酯活化)为无机填料,制备纳米SiO_2/有机硅聚丙烯酸复合防冰涂层。利用红外测试(FT-IR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)等研究了纳米SiO_2表面化学改性的机制,探讨了纳米SiO_2用量对涂层表面形貌、浸润性及涂层与冰层之间粘附性能的影响。结果表明,KH-570化学改性提高了纳米SiO_2在涂层中的分散性并有效地提高了涂层表面的疏水性能,当KH-570化学改性后的纳米SiO_2用量为8%时,涂层表面水的接触角为150°,呈现超疏水特性;涂层与冰层之间粘附力随纳米SiO_2用量增加呈现下降趋势,当纳米SiO_2用量为8%时,涂层与冰层之间的粘附力仅为树脂涂膜的30%左右。KH-570化学改性后的纳米SiO_2与低表面能有机硅聚丙烯酸树脂的协同效应使涂层具有了良好的疏水防冰性能。     

控制表面氧化法制备超疏水 CuO纳米花膜

采用含有过硫酸钾氧化剂和氢氧化钾的水溶液处理金属铜表面,再经空气中加热后, 在铜表面上得到了一层具有花朵状纳米结构的CuO膜．每朵纳米花由数十个长约2μm、宽约 120nm、厚约12nm的CuO纳米片自组装而成．纳米花膜经氟化处理后表现出超疏水性,接触角达到约158°．文中初步提出了纳米花形态的生长机制,并用Cassie理论对膜的润湿性进行了分析．     

超疏水表面的研究进展及制备技术

概括了固体表面的润湿理论,分析讨论了超疏水表面的制备技术,尤其是近几年较新的制备方法,同时回顾了超疏水表面技术在现实生活中的实际应用。此外,简单介绍了上述方法制备的具有油水分离特性的表面。     

沥青路面超疏水抗凝冰涂层设计及性能

超疏水涂层具有超强的疏水性能,用于沥青路面表面可以延缓路面结冰,具有良好的抗凝冰效果,但涂层存在易脱落、耐磨性差的缺点,导致融冰雪功能耐久性不足.为了提高超疏水抗凝冰涂层的表面稳定性和耐久性,本工作采用"功能层+粘结层"的复合式设计方案,通过试验研究了功能层和粘结层的材料构成及配比,并对复合式涂层的抗凝冰效果和表面稳定性进行了试验和评价.通过研究和分析,建议功能层采用疏水SiO2和Fe3 O4进行纳米复合改性,以改善超疏水涂层耐磨性差及易反光的问题,并基于接触角和滚动角的测试结果,推荐抗磨耗填料SiO2和颜色调配料Fe3 O4的最佳掺量分别为涂层浆体质量的2％和2.5％;建议粘结层采用环氧树脂混合体系以提高涂层与路面的附着力,并基于附着力试验结果,确定了混合体系中环氧树脂、固化剂及环氧增韧剂的最佳质量比为2:1:0.2.同时,通过SEM分析了各层的微观形貌,阐述了各层材料的作用机理.最后,复合式超疏水抗凝冰涂层的路用性能测试结果表明,复合式涂层稳定性和耐久性好,能够抵抗动水冲刷和冻融循环,且具有良好的抗凝冰性能.     

超疏水表面的研究进展及制备技术

概括了固体表面的润湿理论,分析讨论了超疏水表面的制备技术,尤其是近几年较新的制备方法,同时回顾了超疏水表面技术在现实生活中最近的实际应用。此外,简单介绍了本研究小组结合上述方法制备的具有油水分离特性的表面。     

超疏水铝合金表面的防覆冰和防黏附行为

通过硬脂酸的醇水溶液一步浸泡法成功获得超疏水铝合金表面,其水接触角可达156.2°,滚动角小于5°.利用接触角测试、扫描电镜、红外光谱观测、结冰实验与防黏附实验分别对超疏水铝合金表面的润湿性能、表面微结构、化学结构以及防覆冰和防黏附行为进行了研究.结果表明:所制得的超疏水表面是由微-纳“多孔”结构和疏水烃基长链所共同赋予的.正是由于其特殊的粗糙结构和化学组成,使得该超疏水表面表现出良好的防覆冰和防黏附行为.