超疏水表面改善铝基材料的抗海水腐蚀性能

通过聚乙烯亚胺与十四酸的反应,在铝表面构建稳定的超疏水膜。以X射线衍射,原子力显微镜,扫描电镜,接触角测量仪等手段表征超疏水表面的形成机制与表面结构特征,并利用电化学阻抗方法研究了超疏水表面对铝在海水中的腐蚀行为的影响。结果表明,在铝表面形成了一层近似珊瑚状的超疏水膜,海水的接触角大于150°。通过电化学阻抗图谱测试空白样与试样的耐腐蚀性能,表明这种特殊的表面结构的超疏水膜的确降低了铝在海水中的腐蚀速率。     

特殊浸润性表面的液滴凝结

以铝片为基底, 经电化学腐蚀和沸水处理制备了多级微纳米结构; 通过气相沉积和涂油分别制备了超疏水表面、 疏水超润滑(slippery)表面和亲水slippery表面; 探究了表面不同的特殊浸润性(超亲水、 超疏水、 疏水slippery和亲水slippery)对液滴凝结的影响. 结果表明, 超亲水表面的液滴凝结属于膜状冷凝, 超疏水表面和slippery表面的液滴凝结均属于滴状冷凝. 超疏水表面液滴合并时, 合并的液滴会不定向弹离表面. 疏水slippery表面和亲水slippery表面由于表面浸润性的不同导致液滴成核密度和液滴合并的差异, 亲水slippery表面凝结液滴的最大体积远大于疏水slippery表面凝结液滴的最大体积. 4种表面的雾气收集效率由大到小依次为亲水slippery表面>疏水slippery表面>超亲水表面>超疏水表面.     

喷砂-阳极氧化-氟化处理构筑铝合金超疏水表面

为研究复合法制备超疏水表面过程中主要工艺参数对表面形貌及超疏水性能的影响, 开发了一种喷砂-阳极氧化复合方法, 在铝合金表面构筑了微米-纳米二级结构, 经氟化处理后获得了超疏水特性. 结果表明, 喷砂处理在铝合金表面通过冲蚀的凹坑构筑出微米结构, 阳极氧化则在铝合金表面通过蜂窝状氧化膜构筑纳米结构. 但单纯构筑粗糙结构或单纯改变表面化学组成均不能在铝合金表面获得超疏水特性. 单纯的微米结构或纳米结构, 即使有低表面能聚合物修饰也不能获得超疏水特性. 只有微米-纳米二级结构和低表面能聚合物的协同作用, 才能有效构筑铝合金超疏水表面. 这种铝合金与水滴接触时, 形成的气阱可减小固体表面与水滴的接触面积, 降低表面与水滴间的热量交换, 从而减缓水分子的凝结, 提高铝合金的抗霜冻性. 同时, 气阱还可有效减缓海水的腐蚀, 提高铝合金的耐海水腐蚀性.     

水热法制备铝合金超疏水表面及电化学性能研究

在金属表面构建超疏水膜层是一种有效的防腐技术,本文采用水热处理和自组装技术在铝合金表面构建了超疏水膜层来提升铝合金的耐蚀性能. 通过对不同水热时间下制备的铝合金超疏水表面的电化学性能以及表面形貌进行测试分析,发现当水热反应时间为6 h时,制备的超疏水铝合金超疏水性和电化学性能达到最佳,接触角能达到155.5^o,在模拟海水溶液中保护效率能达到99.6%.     

氨气腐蚀法制备黏附性能可控的超疏水铜表面

采用简单便捷的方法制备出了具有不同黏附性能的超疏水表面. 通过控制氨气对金属铜表面的腐蚀时间, 分别制备了具有微米球及微米棒状结构的表面. 利用低表面能氟硅烷(FAS)修饰后, 2种表面均表现出超疏水特性(接触角均大于150°), 然而其黏附性能却截然相反. 具有微球结构的表面呈现出高黏附特性, 而具有微米棒状结构的表面则显示出低黏附特性. 研究发现, 表面不同的微观结构导致了液滴在其表面上分别处于Cassie-impregnating wetting态及Cassie态, 从而呈现出了不同的黏附性能.     

具有超疏水表面的硅/二氧化硅层次结构薄膜

目前报道的硅基材料的超疏水表面主要是通过制备粗糙微观结构,并在其表面修饰表面能相对较低的有机物两个步骤来实现的,在户外等实际环境中应用时存在由于表面修饰有机物的降解而逐渐失去超疏水性的问题.本工作以液态金属锡作为生长衬底,通过化学气相沉积(CVD)法制备了一种具有超疏水性能的硅基薄膜结构.利用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)以及X射线衍射(XRD)等手段对产物的表面形貌和组成结构进行分析发现,薄膜表面由竖直生长的硅/二氧化硅(Si/SiO2)核壳层次结构组成.采用Cassie理论模型对其超疏水性能的产生提出了可能的解释.发现构成薄膜表面的Si/SiO2层次结构单元的形貌是影响超疏水性能的重要因素.相对于以前报道的硅基材料的超疏水表面,这种新结构的超疏水性能不依赖于表面化学修饰,有望拓宽硅基材料的应用环境.     

超疏水性聚二甲基硅氧烷膜的制备及其表面吸附性研究

采用简单的激光刻蚀方法制备了具有类“菜花”状多级结构的粗糙聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜, 并用CCD与高敏感性微电力学天平观察和测量PDMS表面对水的吸附情况. 结果表明, 该膜表面具有超疏水性, 同时对水滴具有超低的吸附力. 还对其表面特殊多级结构产生的机理进行了分析, 并探讨了在化学组成和表面结构对超疏水性以及吸附性产生的影响.     

铝合金表面原位自组装超疏水膜层的制备及耐蚀性能

采用阳极氧化法在铝合金表面原位构造粗糙结构, 经表面自组装硅氧烷后得到超疏水自清洁表面, 与水滴的接触角最大可达157.5°±2.0°, 接触角滞后小于3°. 通过傅立叶变换红外(FT-IR)光谱分析仪、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、原子力显微镜(AFM)和接触角测试对阳极氧化电流密度、硅氧烷溶液中水的含量和自组装时间等参数进行了分析, 并得到制备超疏水自清洁表面的最优工艺参数. FE-SEM及AFM的测试结果表明, 由自组装硅氧烷膜层的无序性形成的纳米结构和阳极氧化构造的微米级粗糙结构与硅氧烷膜层的低表面能的协同作用构成了稳定的超疏水表面. 电化学测试(动电位极化)的结果表明, 原位自组装超疏水膜层极大地提高了铝合金的耐蚀性.     

SDBS/HCl化学刻蚀法制备具有纳米-微米混合结构的铝基超疏水表面

采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为辅助刻蚀剂, 利用盐酸刻蚀, 在铝基质的表面形成了纳米-微米混合的粗糙结构; 化学刻蚀后的粗糙表面经过1H,1H,2H,2H-全氟癸烷基三乙氧基硅烷(FDTES)的修饰, 形成了接触角大于160°的超疏水表面. 扫描电镜表征结果显示, 所得到的超疏水表面具有纳米-微米混合结构; 基于此, 利用气泡辅助刻蚀机理初步解释了二级混合结构产生的原因, 认为是坑刻蚀和位错刻蚀的共同作用导致了混合结构的产生. 此外, 不同pH和长时间暴露实验证明所制备的铝基超疏水表面具有良好的稳定性.     

超疏水性聚苯胺微/纳米结构的合成及防腐蚀性能

以苯胺为单体, 过硫酸铵为氧化剂, 通过改变不同的掺杂剂, 采用"无模板"法合成了具有不同浸润性的聚苯胺微/纳米结构, 并得到超疏水聚苯胺微/纳米结构. 采用红外吸收光谱、 紫外-可见吸收光谱、 X射线衍射及扫描电镜对聚苯胺微/纳米结构及形貌进行了表征, 测定了聚苯胺微/纳米结构的接触角, 并通过Tafel极化曲线和电化学交流阻抗研究了不同疏水性的聚苯胺微/纳米结构在0.1 mol/L H₂SO₄溶液中对碳钢的腐蚀防护作用, 探讨了聚苯胺微/纳米结构的表面浸润性对腐蚀防护性能的影响. 研究结果表明, 随着聚苯胺微/纳米结构疏水性的增强, 对碳钢的腐蚀防护作用增强, 当掺杂剂为全氟辛酸时所制备的超水聚苯胺微/纳米结构表现出最佳的防腐蚀性能(η= 94.70%).     

空间分辨电化学技术用于研究金属局部腐蚀

综合介绍我们已建立的具有微米空间分辨度的电化学方法,主要包括多种扫描微电极技术,并用于研究金属表面和金属／溶液界面电化学不均一性及局部腐蚀破坏过程。结果表明,这些空间分辨电化学方法的发展及应用,有助于深化对金属表面和金属／溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展过程机理的认识。     

PCB酸性蚀刻液中缓蚀剂对厚铜线路制作的影响

以2-巯基苯并噻唑(2-MBT)、 苯并三氮唑(BTA)和苯氧基乙醇(MSDS)作为缓蚀剂, 研究了其加入在酸性蚀刻液后对PCB厚铜线路的缓蚀效果。通过接触角测试、电化学测试和蚀刻因子得出缓蚀状态,并结合扫描电子显微镜观察铜表面形貌。通过分子动力学计算和量子化学模拟分析缓蚀剂在铜表面的吸附机理。结果表明,2-MBT + MSDS与BTA + MSDS的分子结构可有效地平行吸附在铜表面,且吸附能高于单一缓蚀剂。加入了2-MBT + MSDS的蚀刻液,对厚度约为33 μm铜线路进行刻蚀,铜线路的蚀刻因子提高到6.59,可有效应用于PCB厚铜线路制作。     

A facile method for fabrication of superhydrophobic coating on aluminum alloy

A superhydrophobic coating applied in corrosion protection was successfully fabricated on the surface of aluminum alloy by chemical etching and surface modification. The water contact angle on the surface was measured to be 161.2° ± 1.7° with sliding angle smaller than 8°, and the superhydrophobic coating showed a long service life. The surface structure and composition were then characterized by means of SEM and XPS. The electrochemical measurements showed that the superhydrophobic coating significantly improved the corrosion resistance of aluminum alloy. The superhydrophobic phenomenon of the prepared surface was analyzed with Cassie theory, and it was found that only about 6% of the water surface is in contact with the metal substrate and 94% is in contact with the air cushion. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

铝合金表面用化学刻蚀和阳极氧化法制备的超疏水膜层的耐蚀性能

通过化学刻蚀和阳极氧化在AA2024铝合金表面制备超疏水表面。当化学刻蚀时间超过3 min时,表面在很宽pH值范围内显示出水静态接触角大于150°。SEM和AFM照片表明化学刻蚀时间决定了试样表面形貌和粗糙度。FTIR用来研究氟硅烷(G502)与AA2024表面的结合。结果说明FAS(氟硅烷)分子与铝合金表面的三氧化二铝发生反应,并在阳极氧化膜层表面展示出优异的结合性能。超疏水表面的耐腐蚀性能通过在质量分数为3.5%的NaCl溶液中进行动电位极化和交流阻抗(EIS)测试。电化学测试结果和等效电路模型显示出超疏水表面显著改善抗腐蚀性能。     

Facile Electrochemical Method for the Fabrication of Stable Corrosion-Resistant Superhydrophobic Surfaces on Zr-Based Bulk Metallic Glasses

Both surface microstructure and low surface energy modification play a vital role in the preparation of superhydrophobic surfaces. In this study, a safe and simple electrochemical method was developed to fabricate superhydrophobic surfaces of Zr-based metallic glasses with high corrosion resistance. First, micro–nano composite structures were generated on the surface of Zr-based metallic glasses by electrochemical etching in NaCl solution. Next, stearic acid was used to decrease surface energy. The effects of electrochemical etching time on surface morphology and wettability were also investigated through scanning electron microscopy and contact angle measurements. Furthermore, the influence of micro–nano composite structures and roughness on the wettability of Zr-based metallic glasses was analysed on the basis of the Cassie–Baxter model. The water contact angle of the surface was 154.3° ± 2.2°, and the sliding angle was <5°, indicating good superhydrophobicity. Moreover, the potentiodynamic polarisation test and electrochemical impedance spectroscopy suggested excellent corrosion resistance performance, and the inhibition efficiency of the superhydrophobic surface reached 99.6%. Finally, the prepared superhydrophobic surface revealed excellent temperature-resistant and self-cleaning properties.     

Wettability-gradient surface fabricated by combining electrochemical etching and lithography

This paper proposes a simple, precise, and controllable method to fabricate wettability-gradient surfaces. Combining electrochemical etching and lithography, different micro/nanostructures can be obtained by adjusting the etching time. After being modified by low energy substances, low adhesive superhydrophobic and sticky hydrophobic regions can be obtained on one surface. Based on the obtained adhesion gradient, droplets of different volumes can be controlled to roll off at dissimilar tilted angles via designing sticky hydrophobic tracks with different widths. Directional transportation of water droplets on curve tracks is also realized based on the anisotropic sliding angles parallel and perpendicular to the tracks.     

铜电路板缝腐蚀过程缝隙中pH、Cl-浓度分布的测量

根据铜电路板缝腐蚀特征,研制了阵列式Ag/AgCl、IrO2电极,设计缝隙腐蚀模拟装置,在0.5mol.L-1的NaCl溶液中分别同时原位检测电子线路板缝隙腐蚀过程,缝隙内的氯离子浓度分布、pH分布及其随时间的变化.研究表明,在电子线路板发生缝隙腐蚀的过程中,缝隙内部不同深度的Cl-及H+浓度逐渐增大,且随着与缝口距离的增大而增大,从而导致缝隙腐蚀不断向纵深方向发展.     

碱性溶液中苯甲酸抗坏血酸酯对钢筋的缓蚀行为

合成了一种苯甲酸抗坏血酸酯(AB), 利用腐蚀电化学和表面分析技术, 在含3.5% NaCl的饱和Ca(OH)₂溶液中研究了化合物对钢筋的缓蚀性能, 结合量化计算和分子动力学模拟对其在铁表面的吸附行为和缓蚀作用机理进行了分析讨论. 结果表明, AB的添加可有效降低钢筋的腐蚀电流密度, 提高钢筋的耐蚀性能, 表明缓蚀剂对Cl^－引起的钢筋腐蚀具有良好的抑制作用, 为阴极型缓蚀剂. 化合物通过吸附和与铁离子形成不溶性络合物, 可在钢筋表面形成一层保护膜, 进而阻碍介质中Cl^－与金属表面的接触, 且吸附符合Langmuir等温吸附规律. 量化计算和分子模拟结果证明, 分子中内酯五元环和苯环既是亲核反应活性中心, 也是亲电反应中心, 化合物通过与铁原子间的共价键合而以平行于铁表面的方式吸附在金属表面.     

Electrochemical instabilities due to pitting corrosion of iron

Electrochemical instabilities induced by chlorides and bromides due to pitting corrosion of iron in sulfuric acid solutions are investigated. Analysis of the electrochemical instabilities as a function of the applied potential and the nature and concentration of the aggressive chemical species shows that the system exhibits a transition from aperiodic bursting of large-amplitude to small-amplitude chaotic oscillations at a critical potential (bifurcation potential, E _bif). The E _bif is determined by the halide concentration inside the pits and coincides with the repassivation potential defined in corrosion studies to explain pit repassivation due to changes in pit chemistry. Surface observations show that, at E < E _bif, an active-passive state dissolution (etching) occurs, while at E > E _bif, a polishing state dissolution is reached. Spatial interactions between early initiated pits and the adjacent electrode surface, oxide film alteration, aggressive species accumulation around active pits, and formation of ferrous salt layers in front of the Fe electrode are all considered to be associated with electrochemical instabilities emerging during pitting corrosion of iron under different dissolution states. Published in Russian in Elektrokhimiya, 2006, Vol. 42, No. 5, pp. 535–550. The text was submitted by the authors in English.