硫醇改性超疏水铜表面的耐候性及失效机理

目的探究户外环境中导致硫醇改性超疏水铜表面失效的因素及其超疏水性失效的机制。方法通过化学刻蚀法在铜表面构筑纳米结构,利用正十二硫醇进行表面改性,得到具有超疏水性的铜表面。将该表面置于户外进行耐候性研究,并通过4种模拟户外环境实验探究超疏水性失效的原因,包括组合循环实验(循环条件含紫外辐射、淋雨和凝露)、紫外辐射实验、水环境实验和温度实验。结果超疏水铜表面经过10 d的户外实验后,其接触角由初始状态的158.5°降至131.1°,表明该表面的超疏水性能已失效。经过2次组合循环实验(每次循环的时间为12 h)、20 d紫外辐射实验及30 d水环境实验后,该表面的接触角分别降至130.3°、124.5°、131.7°,表明该表面均已失去超疏水性;经过40 d高温实验后,表面的超疏水性开始失效。XPS谱图表明,在超疏水性失效后该表面不存在硫元素,即正十二硫醇已经脱离表面。结论超疏水铜表面的硫醇分子脱落是超疏水性失效的根本原因。紫外辐射、水和高温是导致超疏水铜表面超疏水性失效的主要因素。其中,紫外辐射或水对超疏水性的破坏速度比高温快。相较于单一因素(紫外辐射、水或高温),三者的协同作用更加速了硫醇分子从表面的脱落,导致超疏水性失效的速度更快。

超疏水铜表面的制备及其润湿行为研究

以铜为基体材料,采用简单的化学刻蚀法,用HCl,HNO3,HF组成的混酸溶液(化学刻蚀液A)和FeCl3,HCl组成的混合溶液(化学刻蚀液B)两种不同的刻蚀液制备具有超疏水性能的铜表面,研究其润湿行为,并选择化学刻蚀液B,考察刻蚀时间、FeCl3添加量、烘干温度、HCl添加量4个主要因素对所得铜表面润湿行为的影响.结果表明:1)使用两种刻蚀液所得铜表面的接触角分别为158. 6°和153. 6°,该表面具有超疏水性能;2)刻蚀时间、FeCl3添加量、烘干温度、HCl添加量与接触角均先呈正相关后呈负相关关系,所得最大接触角分别为153. 6°,152. 6°,153. 5°,152. 0°,相应上述条件分别为100 min,2 g/L,120℃,3 mL/L.