碳纳米管薄膜的制备及其超疏水性研究

采用化学气相沉积法在平面硅基体上制备碳纳米管薄膜,并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜和接触角测量仪对样品进行形貌结构和浸润性质的表征。结果表明:碳纳米管的定向性主要由基体上催化剂粒子的分布控制,并遵循顶部生长生长机制;2种碳纳米管薄膜都具有较大的接触角,获得的定向碳纳米管表面具有微纳米复合结构是产生超疏水的主要原因。     

采用移动式阴极制备大尺寸超亲水/超疏水铝板

基于电化学加工方法和氟化处理技术,采用移动式阴极制备了大尺寸超亲水/超疏水铝板,用扫描电子显微镜和能谱仪分别对该铝板表面的形貌和成分进行了分析,并采用接触角测量仪测量了所得表面的接触角和滚动角。结果表明:采用移动式阴极加工大面积超亲水/超疏水铝板是可行的;电化学加工后的超亲水铝板表面存在二元微纳米粗糙结构,对水的接触角约为0°;该超亲水表面经氟化处理后可转变为超疏水表面,对水的接触角为167°,滚动角小于3°。     

超疏水表面膜的制备

通过化学气相沉积的方法,在具有规则微形貌的硅片表面沉积硅的有机物制备出了超疏水表面,进而对表面的润湿性进行了对比。结果表明:不同的成膜时间和微形貌的结构尺寸直接影响着表面的润湿性;表面的接触角随着时间的增长而增大,但有一时间极限,此后接触角基本不受影响;当微形貌深度一定,随着形貌宽度的增加接触角无明显变化,但超过某一临界值时,接触角下降明显,不再形成超疏水表面。     

PDDA/PSS分子沉积膜的摩擦学行为研究

以聚对苯乙烯磺酸钠为聚阴离子,聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐为聚阳离子在基底上交替沉积制备分子沉积膜。用紫外-可见吸收光谱仪、接触角测量仪、原子力显微镜对所制备的有序薄膜进行了表征。用UMT-2摩擦仪考察了超薄膜的摩擦学行为,结果表明,所制备的超薄膜具有良好的减摩抗磨性能,薄膜的表面电荷及亲水、疏水性对其摩擦学行为有较大影响,负电荷表面、亲水性强的表面在较高湿度下,耐磨寿命较长。     

碳钢超疏水表面制备及其耐腐蚀性研究

通过喷砂与电刷镀相结合的方法在碳钢表面制备出未经修饰的微纳双尺度复合结构的超疏水表面。利用扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量仪、电化学工作站对表面形貌、动静态接触角以及耐腐蚀性进行观测。结果表明:采用该结合方法制备的疏水表面在晶粒簇直径为25～40μm,且分布均匀时,具有优异的超疏水性能;当制备电压在14V时,接触角达到152°,同时在自然时效状态下,试样能够长时间保持表面的疏水特性;结合方法制备的疏水表面与基底抛光表面相比,耐腐蚀性能提高。     

聚四氟乙烯涂层制备及润湿性研究

使用旋涂法在掺硼硅表面制备聚四氟乙烯(PTFE)涂层,研究质量分数、转速对涂层表面润湿性的影响,通过超景深显微镜观察涂层的表面形貌,对质量分数为10 wt.％的PTFE涂层施加外部电压,研究不同转速下涂层上水接触角的变化情况.结果 表明,由10 wt.％质量分数制备的涂层质量最好,形成一层多孔结构,在4种转速下都达到疏水状态,当转速为3 000r/min时,接触角达到最大,为110.01°.由20 wt.％和30 wt.％质量分数制备的涂层表面呈现超亲水状态.对10 wt.％ PTFE涂层进行电润湿实验,当电压达到6V时,接触角出现变化.当电压分别为25 V、17 V、17 V和15 V时,接触角达到饱和,为17°左右.     

沉积时间对MPTS自组装膜摩擦学性质的影响

利用分子自组装技术在羟基化后的单晶硅硅片表面制备(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)自组装膜,用X射线光电子能谱仪(XPS)对薄膜的表面结构进行表征,用JGW-360a型接触角测量仪测量硅片表面的接触角,用UMT-200型微观摩擦磨损实验机测量硅片的摩擦因数,探讨沉积时间对自组装膜的摩擦学性能的影响。结果表明:MPTS自组装膜具有亲水疏水性能,其对水的接触角超过60°;硅片表面沉积MPTS可以大幅度降低硅片的摩擦因数,使硅基片表面的摩擦因数由无膜时的0.6降至0.25左右,且具有很好的耐磨性;沉积时间对硅表面自组装膜的摩擦学性能影响较大,在本实验条件下,0.5 h沉积时间所制备的MPTS-SAM硅片的耐磨性最佳,1 h沉积时间制得的硅片表面最为光滑。     

电化学和化学加工法制备铝基体超双疏表面

通过电化学和化学加工技术在铝基体上制备出超双疏(超疏水-超疏油)表面,并用扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、能量色散X射线光谱仪和光学接触角测量仪对所得样品表面的微观形貌、化学成分和润湿性进行了分析.研究结果表明,电化学和化学加工后的铝样品表面存在由微米级的长方形凸台铝结构和纳米级的针状勃姆石、氧化铝结构所构成的二元微纳米粗糙结构;此样品表面在氟化处理前显示超亲水-超亲油性;经氟化处理后,样品表面转变为超双疏性,水、甘油、花生油、十六烷在样品表面的接触角分别为166.6°、164.7°、160.1°和157.7°,滚动角分别为2.0°、2.0°、4.0°和3.5°;二元微纳米粗糙结构的获得及表面能的降低是铝表面获得超双疏性的必要条件.与已有方法相比,电化学和化学加工技术具有简单、高效、安全、成本低等优点.     

超疏水表面的减阻研究

为探索超疏水表面的减阻机制,利用位错刻蚀法在铝板上制备出接触角为156°、滚动角小于5°的超疏水表面,并分别以具有超疏水表面和亲水表面的铝板为基板,构建了两种流动状态可视化测试的微粒子图像测速(Particle Image Velocimetry ,PIV)微通道,通过PIV粒子图像测试技术对水在超疏水微通道和亲水微通道中的速度流动情况进行实验测定与对比,得出超疏水表面确实有减阻效果,最大减阻效果可达8.72%,并从多角度进行了解释分析.     

纳米“超级开关”材料

日前，中国科学院化学研究所江雷研究员领导的研究小组成功地通过调节“光”和“温度”实现了纳米结构表面材料超疏水与超亲水之间的可逆转变，制备出超疏水／超亲水“开关”材料，在功能纳米界面材料研究领域取得了重要进展。其论文分别在《美国化学会志》、德国《应     

表面分析仪器在超疏水表面研究中的应用

超疏水表面制备与研究是近年来材料科学的重要研究方向,超疏水表面的研究离不开表面分析测试仪器。本文简要介绍了超疏水材料的表面特性、理论模型及其制备方法,重点介绍了扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、原子力显微镜和表面接触角测试等几种常用表面分析方法的基本原理及其在超疏水表面研究中的具体应用。     

集成化PCR生物芯片技术的研究

集成化PCR生物芯片是利用微电子机械系统技术将PCR与样品制备、杂交分析等过程集成到单一芯片上的微装置。着重介绍PCR-DNA微阵列杂交生物芯片的最新发展及PCR-样品制备集成的生物芯片，最后预测了集成化PCR生物芯片的发展方向。     

锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。     

工程金属材料极端润湿性表面制备及应用研究

<正>极端润湿性表面是指与液体的接触角小于10°或大于150°的表面,它作为一种功能表面,在军事、通讯、石油开采等场合具有重要的应用价值。然而,迄今人们对表面微观结构影响表面润湿性的规律及其机制的了解仍非常有限,对极端润湿性表面制备方法的研究还处于探索阶段,且现有制备方法在安全、环保、效率等方面还存在诸多问题,亟需研制适合产业化的工程金属材料表面微观结构及极端润湿性表面的制备方法。在分析润湿性相关理论及工程金属材料极端润湿性表面研究现状的基础上,论文首先提出了在工程金属材料上构建和调控微/纳米微观结构基底,进而制备超亲水和超疏水极端润湿性表面的新方法;基于化学溶解与化学沉积、电化学阳极溶解与氧化等相关理论,利用对环境危害较小的盐溶液,在铝、镁、铜、不锈钢等多种工程金属材料上构建微观结构并制备出超亲水和超疏水表面;掌握了各种方法的关键技术和基本规律,为解决     

氨基表面组装薄膜的构筑及其微观摩擦学特性

以二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷(TA)作为分子底层,采用两步组装的方法在单晶硅基底表面制备一系列相同结构不同分子链长的自组装双层薄膜。利用椭圆偏光测厚仪、接触角测定仪、原子力显微镜(AFM)等对薄膜的形成及微观摩擦力进行表征。研究结果表明,低表面能的疏水性末端基团有利于降低薄膜的摩擦力和摩擦因数;组装分子碳链长度的增加有助于形成有序性强和致密度高的组装薄膜,从而减小薄膜表面的摩擦力和摩擦因数。     

电刷镀法制备钢基体超疏水表面的实验研究

采用复合电刷镀技术,在Q235钢表面制备了具有超疏水性能的n-SiO2/Ni纳米复合镀层,在优选的工艺参数下,获得了接触角为1698°、滚动角为23°的超疏水表面。研究了刷镀电压和刷镀时间对镀层表面结构和疏水性的影响规律;分析了复合镀层表面和截面的结构形貌特点;研究了电刷移动速度对复合镀层中n-SiO2含量的影响规律。对镀层的接触角、表面粗糙度和显微硬度进行了表征。结果表明：刷镀电压和刷镀时间是影响复合镀层表面微观结构特征的重要因素;复合镀层表面的微纳米双重结构对表面的超疏水性起到了关键的作用。     

基于微肋板伸缩疏水/超疏水表面设计及其润湿性调控

利用组装的方法制备了具有微肋板结构且肋板高度可调控的表面,利用自组装分子膜技术对表面进行低表面能修饰,利用机械式调控方法改变疏水/超疏水表面微肋板高度,实现表面润湿性调控。结果表明:设计的疏水/超疏水表面可通过机械式调控方法实现表面润湿性调控,且可实现连续调控。具有微肋板结构表面的接触角具有各向异性,液滴在垂直于微肋板方向上的接触角大于平行于微肋板方向上的接触角。基于机械式调控方法,在垂直于微肋板方向上,表面润湿性实现了弱疏水到强疏水甚至超疏水的可逆调控,平行于微肋板方向上的调控效果相对较弱。微肋板的最佳组合可在116.2°~151.4°范围内实现润湿性调控,通过改变微肋板高度可控制表面接触角为这一范围内的任意值。     

纳秒激光加工和热处理对纯铝表面润湿性的影响

采用纳秒激光加工技术在纯铝板表面制备微纳米结构,之后进行150℃×2h的热处理,研究激光扫描间距(0.0050.020mm)、扫描速度(1001 700mm·s~(-1))与热处理对激光烧蚀表面润湿性的影响。结果表明:不同工艺参数下激光烧蚀后纯铝板表面均形成了相对规则的微纳米网格结构;激光烧蚀后的纯铝板表面为超亲水表面,再经热处理后变为疏水表面或超疏水表面;随着扫描速度和扫描间距的增大,激光烧蚀和热处理后,纯铝板表面的接触角变化不明显,滑动角增大,表现出不同程度的润湿性;在激光扫描速度为100mm·s~(-1),扫描间距为0.005mm下激光烧蚀与热处理后,纯铝板表面微纳米结构致密,其接触角为155.6°,滑动角为4°,超疏水性最佳。     

基于二氧化硅溅射的PMMA和PDMS亲水改性

为了提高以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料的微流体通道的浸润性,通过溅射SiO2对PMMA和PDMS进行了表面亲水改性处理。首先,对PMMA和PDMS进行氧等离子刻蚀,改变其表面形貌;然后,溅射SiO2进行表面亲水改性处理,由不同溅射时间得到不同厚度的SiO2薄膜。在亲水处理后一段时间之内对PMMA和PDMS表面分别进行接触角测量,评价不同条件下的改性效果,并对改性后的样片进行黏接性测试。结果表明:氧等离子刻蚀后,溅射时间10min以上的PMMA表面可在10天内保持极亲水的状态;溅射时间15min后的PMMA在35天之内接触角不超过10°;PDMS的亲水性可保持10天,接触角不超过60°;高温老化处理能延缓PDMS表面疏水性的恢复。实验结果显示:氧等离子刻蚀之后,溅射SiO2的方法可使PMMA和PDMS获得较长时间的表面亲水改性效果。另外,亲水改性处理后的PDMS之间仍可实现有效黏接,改性PMMA与未改性PDMS也能有效黏接。     

润湿性梯度集油表面制备及摩擦性能研究*

为了解决润滑油发生迁移，使接触面润滑油中断，导致润滑失效的问题，制备一种具有高集油性能的疏油-亲油-疏油的梯度表面。采用化学气相沉积的方法，在硅片表面沉积一层单分子膜，并采用接触角测量仪、UMT摩擦磨损试验机、共聚焦显微镜等对该样品进行表征，研究该类表面在限量供油条件下的润滑性能。结果表明：将油滴滴在疏油/亲油交界处，油滴能够迅速地从疏油区域向亲油区域运动；点接触往复运动摩擦实验结果表明，梯度表面硅片的摩擦因数明显低于原始的硅片，且梯度表面硅片的表面磨痕深度比原始硅片浅。各种实验结果表明，所制备的疏油-亲油-疏油梯度表面能够起到集油的作用，避免了润滑油中断的问题。