反应离子刻蚀和自组装分子膜构建硅基底疏水与超疏水表面

采用反应离子刻蚀技术在Si(100)表面加工微米级圆柱阵列, 采用自组装技术分别制备了3种硅烷自组装分子膜. 结果表明, 采用反应离子刻蚀构建出的4种微米级圆柱阵列结构规整, 其直径为5 μm, 高度为10 μm, 间距为15~45 μm. 沉积自组装分子膜后, 试样表面的水接触角显著增大, 其中沉积1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜接触角最大, 1H,1H,2H,2H-全氟辛烷基三氯硅烷(FOTS)次之, 三氯十八硅烷(OTS)最小. 测得的接触角大于150°时接近Cassie方程计算的接触角, 而小于150°时接近Wenzel方程计算的接触角. 改变圆柱阵列的间距和选择不同的自组装分子膜, 可以控制表面接触角的大小. 原子力显微镜(AFM)观测结果显示, 沉积自组装分子膜可以产生纳米级的团簇. 由微米级圆柱阵列和纳米级自组装分子膜构成的表面结构使Si试样表面接触角最大可达156.0°.     

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。     

超疏水表面研究进展

综述了超疏水表面研究进展,简述了超疏水表面研究的理论基础,归纳总结了超疏水表面的制备方法及存在的问题,并介绍了功能超疏水材料研究的最新进展.指出超疏水表面因其独特的自清洁性能而成为功能材料及表面界面科学领域的研究热点之一,并就其今后的发展进行了展望.     

具有微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

本文综述了近年来具有微纳米结构超疏水表面的研究进展。介绍了具有微纳米结构超疏水表面的制备方法,表面结构对超疏水性能的影响,周期性结构表面超疏水的条件,超疏水表面接触角滞后以及功能化超疏水表面等方面的研究,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。     

超疏水表面的制备方法

超疏水表面材料具有防水、防污、可减少流体的粘滞等优良特性,是目前功能材料研究的热点之一.其中超疏水表面的制备方法是研究的关键点.介绍和评述超疏水表面的制备方法,对该领域的发展方向进行了展望.     

超声辅助制备超疏水聚丙烯表面花瓣状微纳结构

超疏水微纳结构表面广泛应用于自清洁、防冰、抗菌、柔性传感等领域,但其制备工艺仍面临一定的挑战.以阳极氧化铝(AAO)膜为模板,采用热压印在聚丙烯(PP)表面成型了规整的纳米结构阵列.对纳米结构阵列进行超声处理,在超声空化作用下,PP表面纳米结构转变为类花瓣状微纳结构.结果表明,经超声处理后的微纳结构PP表面的接触角从152.3°上升至160.0°,滚动角从11.5°降低至1.8°,表面黏附力从75μN降低至38μN,呈现典型的超疏水低黏附特性且其自清洁效应明显.采用模板法与超声辅助相结合的方法制备超疏水微纳表面具有方便快捷、成本低廉、效果显著的优点,有望应用于工业生产领域.     

冬瓜皮表面白霜的超疏水性研究

冬瓜是一种常见的蔬菜,大部分品种成熟时表面覆盖一层类似于"白霜"的粉末。本文使用扫描电镜、接触角测量仪、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射仪等设备对冬瓜皮表面白霜的浸润性、结构形貌及其组成进行了研究,证实了冬瓜皮表面白霜的超疏水特性,水滴在其表面的接触角高达154.8±3.5°,且滚动角小于5°。研究表明,冬瓜皮表面的白霜呈现微纳米多级拓扑结构,主要由长链脂肪酸、长链烷烃酯类组成,这种微纳米拓扑结构和化学组成的协同作用决定了冬瓜皮表面的超疏水性。本工作可为进一步了解、设计此类结构材料提供数据积累。     

超疏水薄膜表面结构及其制备工艺的研究进展

综述了可以用于低温下(<200℃)制备超疏水表面膜层的工艺方法,首先介绍了常见超疏水膜层的表面结构特征和物理特性,并对其表面特殊结构调控的必要性进行分析,接着从薄膜制备工艺的分类方法的角度论述了常用制备超疏水表面薄膜的工艺方法并对其进行优缺点分析总结,最后论述了超疏水表面薄膜在工业上的实用性.其中重点关注了可以用于在低...     

超疏水涂层表面粗糙结构对防覆冰性能的影响

结冰给交通、电力输送和航空等领域带来极大的安全隐患,研究防覆冰技术具有重要的应用价值。目前最具前景的防冰方法是涂层防冰,本文介绍了疏水涂层的构建方法,阐述了涂层疏水性和疏冰性之间的关系;重点论证了涂层表面粗糙结构对其防覆冰性能的影响,指出防覆冰涂层研发中存在的问题,并对该领域的发展趋势进行了分析和展望。     

超疏水性表面的制备及应用进展

近年来,受荷叶、水黾腿、壁虎脚等天然超疏水生物表面特性的启发,研究者们进行了大量仿生超疏水表面材料的制备及应用研究。超疏水性表面因其特殊的微纳分层结构,具有自清洁、防覆冰、防腐蚀、减阻等优异性能。本文阐述了表面润湿、疏水的基本机理,以及超疏水表面研究的理论基础,对超疏水表面制备的最新研究进展进行了综述,并揭示了研究中存在的问题。最后,介绍了超疏水表面在涂料、织物、防腐、抗菌及防雾等领域中的应用,展望了其未来的研究方向和前景。     

Fabrication of Superhydrophobic Surfaces of Cellulose Sheets by Creating Biomimic Structures

The biodegradable superhydrophobic cellulose sheets were fabricated by simple dissolution, controllable crystallization, coagulation, and Teflon dip-coat. The surface morphology of the superhydrophobic regenerated cel- lulose sheets is similar to that of the natural lotus leaves consisting of hierarchical micro/nano structures. The pre- pared cellulose sheets exhibit a remarkable suoerhvdroohobicity and satisfactory long-term chemical stabilitv.     

氮化硼纳米管-纳米片分级结构的制备及光学和吸附特性

将五硼酸铵、 氨硼烷络合物和氧化镁混合, 球磨均匀后, 在1200 ℃及0.6 L/min流动氨气保护条件下退火6 h, 即可在氧化铝基片上收集到白色毛状产物. 采用X射线衍射(XRD), 红外光谱(FTIR)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 拉曼光谱(Raman)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)对产物进行了表征. 结果表明, 样品呈一维线状分级结构, 长度大于5 mm, 中间为竹节状空心结构, 内部管径为50~350 nm, 外径范围为200~800 nm. 分级结构表面负载了大量氮化硼(BN)纳米薄片, 单个薄片厚度约为13 nm. 薄片弯曲褶皱, 相互交织, 构成1个氮化硼片层, 其厚度约为50~200 nm. UV-Vis和PL光谱测试结果表明, 氮化硼纳米管(BNNT)分级结构在紫外光材料领域具有一定的应用潜力, 且对亚甲基蓝具有良好的吸附能力(7 min即可吸附71%, 107 min时可吸附96%). 对比实验结果表明, BNNT的生长机理遵循气-液-固相(VLS)模型, 而表面负载的超薄BN片的生长机理遵循气-固相(VS)模型.     

可控阵列微纳结构超疏水铜表面冰霜传质特性

金属表面粗糙结构及其润湿性对其露、霜、冰的相变及传质现象有重要影响.通过电火花微加工和化学氧化法,本文首先实现了铜片表面微米、纳米阵列结构的可控制备.针对条纹,方柱和四棱锥三种典型微米结构特征,对比研究了单级粗糙结构和二级复合结构超疏水表面的润湿性、结露、结霜、结冰及其融化过程.微纳复合结构可有效增强超疏水性,减少霜晶形核和生长速度,同时还能大幅度延缓结冰的时间,多次冷热循环处理后,表面仍能保持较好的防霜抗冰性能.通过经典形核理论,Brown凝并,一维传热及传质理论,综合分析了冰霜在这种表面的传质特性.     

纳米尺度超声显影微囊的制备及性能表征

采用双乳液-溶剂挥发法制备了内部包封氟碳液体的聚乳酸-甲氧基聚乙二醇两嵌段共聚物(MePEG-b-PLA)基超声显影纳米微囊; 用2种不同嵌段比的MePEG-b-PLA共聚物研究共聚物组成与纳米囊性能的关系; 选用聚乙烯醇(PVA)、 羧甲基葡聚糖(CMG)和壳聚糖(CS) 3种乳化剂对纳米囊表面进行亲水性修饰. 对所制备纳米囊的粒径、 Zeta电位、 形貌和水溶液稳定性进行了表征. 结果表明, 利用质量分数为1%的PVA和质量分数为1%的CMG组成的复配乳化剂和m(MePEG)∶m(PLA)= 1∶3的聚合物制得的纳米囊的平均粒径为432.9 nm, 水溶液稳定性优良. 利用超声仪对纳米囊体外超声显影性能进行研究, 结果表明, 所得聚乳酸-甲氧基聚乙二醇纳米囊具有更好的中心成像区域灰度值和更持久的体外超声显影效果. 结合3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)比色法研究证实该纳米囊具有低细胞毒性. 在超声影像学领域具有良好的应用前景.     

可控阵列微纳结构超疏水铜表面冰霜传质特性

金属表面粗糙结构及其润湿性对其露、霜、冰的相变及传质现象有重要影响. 通过电火花微加工和化学氧化法,本文首先实现了铜片表面微米、纳米阵列结构的可控制备. 针对条纹,方柱和四棱锥三种典型微米结构特征,对比研究了单级粗糙结构和二级复合结构超疏水表面的润湿性、结露、结霜、结冰及其融化过程. 微纳复合结构可有效增强超疏水性,减少霜晶形核和生长速度,同时还能大幅度延缓结冰的时间,多次冷热循环处理后,表面仍能保持较好的防霜抗冰性能. 通过经典形核理论,Brown 凝并,一维传热及传质理论,综合分析了冰霜在这种表面的传质特性.     

分级结构氧化锌的制备及形貌调控

以单一和混合锌盐为锌源, 氢氧化钠为沉淀剂, 丙氨酸和离子液体(IL)为表面活性剂, 通过水热法制备了不同形貌的分级结构氧化锌粉末. 通过X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱仪(IR)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对样品进行了表征, 并探讨了锌源(单锌盐、 混合双锌盐及三锌盐)、 离子液体种类及用量、 丙氨酸用量和温度等变量对产物形貌的影响, 推测了在分级结构氧化锌形成过程中阴离子对样品形貌的调控作用.     

Fabrication of Superhydrophobic Surface with Different Metal Films on Aluminum Alloy

A simple technique was developed for the fabrication of a superhydrophobic surface on the aluminum alloy sheets. Different hierarchical structures(Ag, Co, Ni and Zn) were formed on the aluminum surface by the galvanic replacement reactions. After the chemical modification of them with fluorination, the wettability of the surfaces was changed from superhydrophilicity to superhydrophobicity. Scanning electron microscopy(SEM), energy dispersive spectrometry(EDS) and water contact angle measurement were performed to characterize the morphological characteristic, chemical composition and superhydrophobicity of the surfaces. The as-prepared superhydrophobic surfaces showed a water contact angle as high as ca.160° and sliding angle as low as ca.3°. We hope the method to produce superhydrophobic surface can be used in many fields.     

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.     

Zn片经水热反应和氟硅烷修饰构建超疏水ZnO表面

以乙二胺为溶剂, Zn片在120、140 及160 ℃经水热反应生长出具有蛋糕形、荷叶乳突状、棒状和仙人球状等微结构的ZnO表面. 扫描电镜研究表明, 反应时间越长越有利于形成完整的微纳米结构, 反应温度较高生成的微纳米结构更规整. 140 ℃反应4 h和160 ℃反应5 h的ZnO表面经过氟硅烷修饰后表现出良好的超疏水性, 与水滴的接触角分别达到154.6°和157.3°, 滚动角分别为5°和3°. 该方法因其操作简便、成本低廉, 在锌表面制备特殊微结构和构建超疏水表面具有潜在的应用.     

不同超疏水铜表面的湿法氧化制备及抗冷凝性能

分别以过硫酸钾、 过硫酸铵及氨水为氧化剂, 在铜表面制得纳米结构, 并用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)进一步氟化处理, 获得了差异化超疏水表面. 比较了不同氧化剂对反应结果的影响, 并分析了氧化反应的历程. 实验结果表明, Cu首先被O₂氧化成CuO超薄层, 然后水解变成Cu(OH)₂, 并进一步被OH^-或NH₄OH络合成蓝色溶液. 不同形貌纳米结构是Cu(OH)₂在饱和析出过程中沿固定晶面堆砌的结果. 最后对不同纳米结构超疏水表面的耐水蒸气冷凝情况及微观机理进行了分析, 证实只有较密、 较垂直的纳米针结构表面才耐水蒸气冷凝, 即冷凝水滴在其上出现快速自迁移现象.