激光微加工技术制备浸润性可控聚四氟乙烯超疏水表面

使用CO_2激光器对聚四氟乙烯(PTFE)表面进行微加工,通过设计需要加工的图案,对加工间距、功率和加工次数等参数的控制,能获得浸润性可控的超疏水表面。扫描电子显微镜和接触角测量用于表征表面形貌结构和润湿性。研究了激光不同加工间距、不同加工功率及不同加工次数对表面浸润性和表面形貌的影响。结果表明,制备的超疏水表面各向异性程度随着条纹间距的增大而增大,使用不同的功率加工5次可实现相同的各向同性结构,相同条件下加工4次可以实现各向异性向各向同性的转变。CO_2激光微加工技术可用于大规模加工制备超疏水表面,进而用于微流控器件、定向集水及减阻、实验室芯片系统等领域。

PDMS/PTFE杂合固化制备自清洁超疏水涂层

以正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂、二月桂酸二正辛基锡(DOTDL)为催化剂,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)与聚四氟乙烯(PTFE)超细粉杂合固化在玻璃基体上制得具有一定透明度的自清洁超疏水涂层。使用接触角测量仪、扫描电镜、傅里叶红外光谱仪对表面浸润性、形貌及结构进行表征,讨论了PTFE超细粉加入量对表面结构和浸润性的影响,探究了涂层的自清洁性能。制得的超疏水表面静态接触角最高达169.83°,滚动角2~3°,具有很好的超疏水性、低粘附力及自清洁性能。

氧化还原法制备超疏水表面及其防覆冰性能

使用化学氧化还原法制备出疏水性能优异的超疏水表面,使用接触角测量仪、扫描电镜对表面浸润性及形貌进行表征分析。制得的铝基体超疏水表面接触角高达163.31°,滚动角小于5°。探究不同反应时间对表面形貌和浸润性的影响,使用自制的结冰监测系统对制备出的超疏水表面的静态和动态水滴防覆冰性能进行探究,并结合一维传热理论和经典成核理论对实验结果进行分析。结果表明,反应80min时表面疏水效果最好,超疏水表面静态水滴延缓结冰时间约是普通样品的5倍,结冰温度也低了3.3℃,动态水滴撞击表面时,超疏水表面始终无积水和覆冰,表现出优异的静态和动态防覆冰性能。

铝表面超疏水性能的分子动力学研究

使用基于从头算COMPASS力场的分子动力学模拟技术,研究了水滴、脂肪酸及烷基硫醇与氧化铝表面的相互作用。结果表明:十二酸分子和十二烷基硫醇分子在氧化铝表面均成单分子层吸附状态,碳链与表面的夹角分别为90°、32°。另外,随脂肪酸修饰剂碳原子个数增加,其与氧化铝表面的夹角增大,而且排列变得更加有序。修饰剂浓度过低,酸分子平行于氧化铝表面,水分子与氧化铝表面直接作用而铺展,呈亲水结构;随着修饰剂浓度增加,修饰剂分子逐渐立在表面,当每个酸分子占0.2nm2时,呈单分子层饱和垂直吸附状态,水滴在修饰剂上聚集成球状,达到超疏水效果;修饰剂浓度再增大时,过多的修饰剂和水分子作用减小了表面的疏水性能。分子模拟结果与前期实验结果吻合较好。