微纳结构对混凝土PTFE超疏水涂层性能影响研究

为了探究微纳米粗糙结构对水泥混凝土基聚四氟乙烯(PTFE)超疏水涂层性能的影响。研究考虑了混凝土表面的粗糙结构及微米级金刚石、碳化硅、刚玉粉末与纳米级疏水二氧化硅粉末构筑的微纳米粗糙结构。利用接触角测量仪和扫描电子电镜(SEM)对各种粗糙结构下PTFE涂层的湿润性和微观形貌进行了表征。同时,还评价了涂层抗滑性和耐磨耗性。结果表明:两步法制备工艺,先构筑微纳米粗糙结构再修饰PTFE涂层,能获得最强超疏水性能。微米级与纳米级粉末复配使用效果最佳,且随用量增加而增强,推荐比例1∶1,粒径比控制在60~120倍间为宜。不同粗糙结构中,金刚石效果最佳,其次是碳化硅和刚玉,混凝土凿毛处理后其抗滑性均满足规范要求,采用湿轮磨耗仪在试件表面往复摩擦1 000次后也均可保持85%以上的疏水性。该研究深入揭示了微纳米粗糙结构对涂层性能的影响机制,可指导实用型高性能PTFE超疏水涂层的制备。

疏水和疏油纳米涂层制备及减阻实验研究

本文采用一步喷涂沉积法,在试样表面涂覆具有超疏水及疏油效果FS/SiO_(2)微纳米层次结构涂层。微纳米粗糙结构和低表面能物质的结合是实现低润湿性的关键。本研究选用疏水气相纳米二氧化硅提供粗糙结构,和长链氟化硅烷全氟癸基三乙氧基硅烷作为低表面能物质进行修饰。对制备涂层进行了接触角测试,表面形貌检测,表面3D粗糙度测量以及表面化学元素探测与分析。通过探究疏水气相二氧化硅含量对涂层疏水和疏油性能的影响,获得疏水二氧化硅的最佳含量,实现超疏水以及对航空煤油RP-3的疏油效果。在S304不锈钢管中进行RP-3压降变化测试,探讨了涂层润湿性与减阻性能之间的关系。在不同的温度条件下使用航空煤油RP-3进行管路压降测试来反映其减阻性能。此研究可以为后续超疏水/疏油涂层减阻研究提供更多的思路。

聚氨酯/纳米SiO2复合超疏水环保涂层的制备及性能研究

改性制备的聚氨酯乳液与纳米SiO2以不同的比例进行复配,室温干燥固化制备了复合聚氨酯涂层,并研究了纳米SiO2含量对复合聚氨酯涂层的接触角、附着力、吸水性、耐磨性及耐腐蚀性能的影响。其结果表明:含氟基团的存在使得复合聚氨酯涂层的水接触角从88.9° 提高到112.7°;而相比加入纳米SiO2的复合涂层疏水性进一步得到提高,当加入5%的纳米SiO2时,复合涂层对水的接触角为155.1°,SEM表明,纳米SiO2在聚氨酯基体中均匀分散,在涂层表面形成了微纳米粗糙结构。纳米SiO2的存在也进一步增强了涂层的耐磨性和耐腐蚀性能,可以实现在海洋塑料制品上的大面积应用和推广,以减少微塑料对海洋环境的污染。

超疏水表面服役稳定性的研究进展

目的 超疏水表面脆弱、耐久性差且难以修复等情况一直是超疏水涂层在实际应用过程中面临的最大挑战,通过总结和分析找到解决这一问题的方法。方法 本文对超疏水涂层可能遇到的破坏和对应的耐久性类型进行了系统分析和总结,针对每种耐久性类型分别归纳出多种测试方法并对每种测试方法对应的控制参数进行了详细阐述,对不同耐久性类型和测试方法也分别进行了详细的举例说明。结果 针对超疏水涂层耐久性差的问题,本文总结出两类提高表面耐久性的方法,分别是是提高超疏水涂层的机械稳定性和赋予涂层良好的自修复能力。提高涂层机械耐久性的方法包括构造多层次分层结构、提高涂层与基底的黏结能力、构建自相似超疏水表面,记忆建立“盔甲”结构等。自修复能力包括粗糙结构的自修复、低表面能物质的自修复、整体的自修复。结论 有了强机械稳定性,超疏水涂层在面对破坏时也有了更好的抵御能力。而具备良好的自修复能力,则可以保障涂层在被破坏后仍可以恢复至超疏水状态。此外,本文还对超疏水涂层的未来发展进行了展望,即找到一种满足各种耐久需求、低成本、适合大面积生产的超疏水表面制备方法。

ZnO/聚二甲基硅氧烷超疏水薄膜的制备及其性能研究

通过硬脂酸对ZnO粒子的改性,使其表面引入了疏水性的甲基,将改性后的ZnO粒子与低表面能物质聚二甲基氧烷经过混合陈化固化过程后,在钢片上形成聚二甲基硅氧烷/ZnO超疏水涂层。采用接触角分析仪、扫描电镜、红外光谱,表征涂层表面的形貌和疏水性。结果表明,改性后的ZnO粒子在聚合物上构造微/纳米双重粗糙结构表面,涂层表面具有优异的自清洁性,水的静态接触角达161°,滚动角5°。该方法简单有效有巨大的应用前景。

TiO_2/聚二甲基硅氧烷超疏水涂层制备及其金属防腐性能研究

以铝片为基底,采用溶胶凝胶法,制备疏水防腐涂层。以纳米Ti O2和聚二甲基硅氧烷为原料,通过硬脂酸使纳米Ti O2表面由亲水性变成疏水性,然后将改性后的Ti O2与聚二甲基硅氧烷复合,经机械共混、热处理、浸渍提拉等过程,形成超疏水防腐涂层。涂层表面形貌和疏水性采用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、接触角分析仪等进行表征。结果表明,复合涂层表面具有微/纳米双重粗糙结构,与水的静态接触角为155°,滚动角8°;采用极化曲线和交流阻抗等电化学法对涂层防腐性能进行表征,结果表明,其腐蚀电位较纯聚二甲基硅氧烷涂层正移0.2 V,而相比裸铝片,腐蚀电位从-926 m V正移至-525 m V,腐蚀电流密度从4.68×10-5A/cm2下降至5.69×10-6A/cm2。

超疏水TiO_2/含氢硅油复合涂层制备及其金属防腐性能研究

采用溶胶凝胶法,以纳米TiO2和含氢硅油(PMHS)为原料,通过硬脂酸对纳米TiO2表面进行改性,然后将改性后TiO2与含氢硅油复合,经机械共混、浸渍提拉、热处理等过程,形成超疏水复合涂层。涂层表面形貌和疏水性采用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、热重分析仪、接触角分析仪等进行表征,结果表明,复合涂层表面具有微/纳米双重粗糙结构,与水的静态接触角为155°,滚动角为8°;采用极化曲线和交流阻抗等电化学法对涂层防腐性能进行表征,复合涂层的腐蚀电位相比裸钢片正移了约0.5V,其腐蚀电流密度从裸钢片的9.15×10-4A/cm2下降至8.98×10-6A/cm2,减小了2个数量级,而相比纯PMHS的2.67×10-5A/cm2,减小了1个数量级,显示了较好的防腐蚀性能。

TiO_2/含氢硅油超疏水防腐涂层的制备及其性能研究

用硬脂酸在TiO_2表面引入疏水性甲基,将改性后TiO_2与含氢硅油(PMHS)杂合,在铝基底上形成超疏水涂层。采用X射线衍射仪、红外光谱、扫描电镜和接触角分析仪,表征涂层的表面形貌和疏水性。结果表明:TiO_2/PMHS复合涂层表面具有微/纳米双重粗糙结构,与水的静态接触角为155°,滚动角8°;采用极化曲线等电化学法对涂层防腐性能进行表征,结果表明其腐蚀电位从裸铝片的-926mV正移至-603mV,腐蚀电流密度从裸铝片的4.68×10-5 A/cm^2下降至6.60×10^(-6)A/cm^2,显示出良好的防腐性能。

防污自洁PVC建筑膜材的研究

基于"荷叶效应"原理,用PVDF(聚偏氟乙烯)与纳米SiO2粒子在PVC建筑膜材表面构筑微米-纳米粗糙结构,并用AFM(原子力显微镜)加以验证。详细分析了PVDF溶液的制备条件对构筑微米结构的影响。经测试,面涂后的PVC建筑膜材与水的接触角达158.9°,滚动角为3°,集灰实验测试表明,水滴能将撒在PVC建筑膜材表面的炭黑带走,具有一定防污自洁性。

建筑用16Mn钢超疏水膜层的制备及耐蚀性研究

为提高建筑用16Mn钢的耐蚀性,采用磷化处理、铈盐钝化再经过硬脂酸修饰在16Mn钢表面制备出超疏水膜层。表征了膜层微观形貌和成分,并测试了表面粗糙度、水滴接触角和耐蚀性。结果表明:铈盐钝化、硬脂酸修饰后磷化膜的微观形貌、成分和表面粗糙度存在差异,导致表面润湿性和耐蚀性不同。只是通过增加表面粗糙度的方式无法制备出超疏水膜层,膜层呈亲水性或超疏水性与其耐蚀性之间存在关联性。钝化-修饰磷化膜表面水滴接触角达到150.7°,表现出超疏水性还具有良好的耐蚀性,能有效抑制16Mn钢腐蚀从而提高其耐蚀性。原因是钝化-修饰磷化膜表面形成微纳米粗糙结构,有利于俘获空气形成气垫,对腐蚀介质具有较好的阻隔作用,有效抑制腐蚀并降低腐蚀程度。

防污自洁面涂剂的制备与应用

采用聚偏氟乙烯(PVDF)与纳米SiO2粒子制备防污自洁面涂剂,并将此面涂剂面涂到高强涤纶长丝双轴向经编PVC建筑织物上。面涂后该织物的与水接触角达158.2°,滚动角为3°,且经集灰实验测试,水滴能将撒在织物表面上的炭黑带走,证明了所制备的面涂剂具有一定的防污自洁性。同时,用原子力显微镜(AFM)观察面涂后的PVC建筑织物,其表面形成了同荷叶表面类似的微米-纳米粗糙结构,从而为其具有防污自洁性提供了依据。

高耐蚀镀涂层研究的新动向

介绍了在提高镀涂层耐蚀性方面的两项成果:一是在镁中加入少量能毒化其阴极腐蚀反应的砷,二是在材料表面构造微-纳米粗糙结构及修饰一层疏水性极强的自组装膜(如硅烷偶联剂、巯基化合物和长链有机羧酸)。综述了通过电沉积、化学沉积、气相化学沉积、蚀刻、涂装等方法来得到超疏水表面的研究进展。指出了这两项领域未来的研究方向。

多功能超疏水表面的制造和应用研究现状

荷叶表面是自然界中典型的超疏水表面,具有"出淤泥而不染"的特性,近年来,荷叶表面的超疏水现象引起了科研人员的广泛关注。普通表面经构建微纳米级粗糙结构和低表面能修饰后,可获得超疏水表面。将水滴置于超疏水表面上,水滴与超疏水表面间存在一层空气垫,空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积,使水滴无法浸入表面微观结构中,而被"支撑"在超疏水表面上,因此超疏水表面对水表现出优异的排斥性。这种特殊性能使超疏水表面在诸多领域都有极高的应用前景和市场价值。本文对超疏水基础原理进行了梳理,并对近期超疏水领域的研究成果进行了综述。首先介绍了超疏水表面的经典润湿理论,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后归纳了诸多超疏水表面的制备方法及优缺点,包括激光刻蚀法、化学沉积法、化学刻蚀法、电化学沉积法、电化学刻蚀法、热氧化法、喷涂法等。在分析不同制造方法的基础上,进一步讨论了超疏水表面在自清洁、防雾、抗结冰、耐腐蚀、液体无损转移、油水分离、摩擦发电、芯片实验室、液滴传感器等领域的应用。最后,指出超疏水表面从实验室研究走向生产应用过程中所面临的问题,并对超疏水表面的未来发展进行展望。

金属基体上超疏水表面的制备及其机械耐久性的研究进展

在金属基体上构建超疏水表面可有效解决金属材料在使用过程中不耐腐蚀、容易覆冰等问题,同时赋予其自清洁、油水分离、润滑减阻等特殊功能,具有极高的应用价值和市场前景。但目前普遍存在的规模化生产困难及机械耐久性差的两大问题严重限制了其实际应用。归纳了在金属基体上制备超疏水表面的基本方法,对化学刻蚀法、阳极氧化法、电化学沉积法、水热法、喷涂法等5种典型方法进行了重点综述,讨论了其优劣势,并结合最新研究进展,提出低表面能改性剂的绿色环保化和一步法制备超疏水表面是未来的发展趋势。针对超疏水表面机械耐久性的问题,分析了机械磨损导致超疏水材料失效的原因,总结了机械稳定性的测试手段和评价机制,然后立足于机械稳定性和化学稳定性两个关键因素,提出提高金属基体上超疏水表面的机械耐久性,延长服役寿命的4种基本方法:1)精细设计微纳米多级复合结构;2)引入粘结层以加固表面微观结构;3)不使用低表面能物质,仅靠粗糙结构实现超疏水;4)构建自修复表面。最后对该领域未来的研究重点和发展趋势进行了展望。

改性SiO2/聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能

为了提高基体材料的防污能力,在基体表面制备了一种无氟超疏水复合涂层。首先,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对二氧化硅(SiO2)微纳米颗粒进行疏水改性,其次,将改性后的SiO2颗粒与有机硅烷混合,利用硅烷的水解、聚合在基体材料的表面得到一层稳定的无氟超疏水复合涂层。采用FTIR、TGA、SEM、AFM和接触角测量仪对涂层的化学组成、表面微观结构和疏水性能进行表征。结果表明:复合涂层表面具有微纳米尺度的粗糙结构,并具有优异的自清洁性和耐磨损性;未磨损前接触角达151°,磨损100周次后接触角进一步提高至161°。

超疏水表面在金属防护中应用的研究进展

超疏水表面由于具有独特的微纳米粗糙结构和低表面能性质,能形成空气垫物理屏障层,减小材料表面与水或其他腐蚀介质之间的接触面积,因此被广泛应用于金属的腐蚀防护。首先简单介绍了超疏水表面的相关理论,主要包括Young氏方程、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型。然后,归纳总结了三种制备超疏水表面的有效途径:在低表面能物质上构建微纳米级粗糙结构;先构建出具有微纳米级的粗糙结构,再对表面进行低表面能修饰;一步法完成低表面能修饰和微纳米级粗糙结构的构建。在此基础上,详细地综述了常见的超疏水表面(薄膜或涂层)在金属防护中的应用。进一步介绍了通过在超疏水体系中引入缓蚀剂的方式,构建具有主动防护功能的超疏水表面,并介绍了此种超疏水表面在金属防护中的应用。最后指出了目前的超疏水表面在制备工艺以及耐久性等方面存在的问题,并对其在金属防护领域的应用前景和发展方向作出了展望。

自修复型超疏水表面的研究进展

超疏水表面因其优异的使用性能在实际生活中具有广阔的应用前景,但在受到物理或化学等作用的损伤下,超疏水表面极易被破坏而丧失超疏水性能,导致其使用寿命缩短,因此制备具有自修复性能的超疏水表面是当今研究的热点之一。以构筑超疏水表面的两个必要条件为切入点,从低表面能物质的自修复、表面粗糙结构的自修复、低表面能物质和表面粗糙结构的同步自修复3个方面综述了自修复型超疏水表面的研究进展,并对自修复型超疏水表面的应用进展进行了总结,最后展望了自修复型超疏水表面今后的发展趋势,以期为自修复型超疏水表面的发展提供借鉴与指导作用。

仿生法制备自清洁天然青石表面

自清洁在天然石材表面保护方面具有重要应用价值。利用聚多巴胺的强黏附性和Al2O3表面Al—OH与烷基磷酸分子的亲水基团—P(O)(OH)2在一定条件下发生缩合反应,生成P—O—Al共价键的特性,用多巴胺Tris-HCl溶液浸泡青石,在其表面生成聚多巴胺黏附层,再用Al2O3纳米颗粒、全氟烷基磷酸和无水乙醇混合液体浸泡,将氟化的Al2O3纳米颗粒黏附到青石表面,获得静态水接触角大于160°,滞后角小于20°的自清洁性能,扫描电子显微镜图像呈现出微/纳米粗糙结构的表面形貌。

Three-Dimensional Cu-Ni Composite Superamphiphobic Surface via Electrodeposition and Fluorosilane Modification

A superamphiphobic(SAP)surface was fabricated by electrodepositing Cu-Ni micro-nano particles on aluminum substrate and modifying via 1 H,1 H,2 H,2 Hperfluorodecyltrimethoxysilane.Scanning electron microscopy,X-ray diffraction,energydispersive X-ray spectroscopy,and Fourier-transform infrared spectroscopy were employed to investigate the morphology and chemical composition.The results showed that the SAP surface had three-dimensional micro-nano structures and exhibited a maximum water contact angle of 160.0°,oil contact angle of 151.6°,a minimum water slide angle of 0°and oil slide angle of 9°.The mechanical strength and chemical stability of the SAP surface were tested further.The experimental results showed that the SAP surface presented excellent resistance to wear,prominent acid-resistance and alkali-resistance,self-cleaning and anti-fouling properties.

超疏水涂层防覆冰机理及制备

结构物表面严重覆冰有时会威胁人们的生命财产安全,影响经济社会的平稳运行。超疏水涂层具有超大接触角、低滚动角的特性,在防覆冰领域有很好的应用前景。本文重点总结了超疏水涂层防覆冰机理的相关研究结果,并简单综述了聚合物-微粒复合材料类、特殊表面结构类两种典型超疏水型防覆冰涂层的研究进展,指出了目前在超疏水型防覆冰涂层研究中存在的不足,并对其发展趋势进行了展望。