超疏水表面在铝合金基底上的应用设计
铝合金超疏水性研究
铝合金超疏水性研究superhydropHobic当液体与固体接触时，液体会沿着固体表面向外扩展，同时系统中原来的固气界面和液气界面逐渐地被新的固液界面取代，这一过程称为润湿。
液体对固体表面润湿的程度称为固体表面的润湿性。
无论是基础研究还是在实际应用方面，浸润性都是影响固体表面性能的重要因素之一，其主要由几何结构和化学成分共同决定。
接触角和滚动角的大小是衡量表面浸润性最常规的标准。
表面的浸润性与许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦等密切相关。
在催化、采油、选矿、润滑、涂饰、防水和生物医用材料等众多领域中，表面浸润性都有着重要的应用。
超疏水表面是指具有非常高的水接触角，且水滴能轻易流动的表面，具有特殊黏附性的超疏水性表面在自清洁、防雪防雾、防腐抗阻、微流体芯片、无损失液体输送等方面都表现出了极为诱人的应用前景。
例如，超疏水界面材料用在室外天线表面可防积雪，从而保证高质量信号的接收；超双疏界面材料可涂在轮船的外壳、燃料储备箱表面，可达到防污、防腐的效果；用于石油管道的运输过程中，可防止石油在管道壁黏滞，从而减少运输过程中的损耗及能量消耗，并防止管道堵塞；用于水中运输工具或水下核潜艇表面，可减少水的阻力，提高行驶速度；用于微量注射器针尖上，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的针尖污染；也可以用它来修饰纺织品，做防水和防污的服装等。
水滴与荷叶表面的静态接触角达到了惊人的161º已有的研究表明，影响固体表面浸润性的因素主要有两个：一是表面自由能，二是表面粗糙度。
当表面自由能降低时，疏水性能就会得到增强。
然而，即使是具有最低表面能的光滑固体表面与水的接触角也才接近120°。
而且，由于表面能是材料的固有特征，因此为了得到更好的疏水效果，改变表面粗糙度就变得尤为重要。
从影响表面浸润性的主要因素可知，提高表面的粗糙度并降低其表面能可以显著地增强表面的疏水性。
这一原则在自然界中有着生动的体现，许多植物叶面、水禽羽毛都具有超疏水性。
铝合金基体上超疏水表面的制备及其性能_赵坤
第28卷 第3期Vo l .28 No .3材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第125期Jun .2010文章编号:1673-2812(2010)03-0448-05铝合金基体上超疏水表面的制备及其性能赵 坤1,2,杨保平1,2,张俊彦2(1.兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州 730050;2.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州 730000) 【摘 要】 采用化学刻蚀的方法在铝合金基体上构筑出微纳米结构,并用乙基三氯硅烷进行硅烷化处理,制备出具有超疏水性质的表面。
水滴与表面的接触角可以达到159°,滚动角<1°。
用扫描电子显微镜(SEM )和X -光电子能谱(XPS )分别对所制备表面的形貌和元素进行了分析。
同时,考察了溶液浓度,修饰时间以及相对环境湿度对表面疏水效果的影响,并且考察了不同pH 值水溶液在其表面的接触角。
另外,对所制备的超疏水表面的稳定性和抗腐蚀性能也进行了测试。
结果表明:浓度为1.0mo l /L ,反应时间2.5h ,环境湿度40%～55%是最佳的制备条件。
该条件下制备的超疏水表面具有良好的稳定性和抗腐蚀性能。
【关键词】 超疏水;化学刻蚀;接触角;稳定性;耐蚀性中图分类号:TB383 文献标识码:APreparation and Performance of Super -HydrophobicSurface on an Aluminum AlloyZHA O Kun1,2,YANG Bao -ping1,2,ZHANG Jun -yan2(1.College of Petrochemical Technology ,Lanzho u University of Technology ,Lanzhou 730050,C hina ;2.State Key Laboratory ofSolid Lubrication ,Lanzhou Institute of Chemical Physics ,C hinese Academy of Sciences ,Lanzhou 730000,C hina )【Abstract 】 The aluminum alloy surfaces w ith micro -and nano structures w ere fabricated by chemical e tching method .A fter mo dificatio n w ith ethy lsilico ne ,the as -prepared surfaces show super -hydrophobicpro perties w ith a w ater contact angle of up to 159°and sliding ang le o f smaller than 1°.The images and elements o f the as -o btained surfaces w ere inve stig ated by scanning electro n micro scopy (SEM )and X -ray photoelectron spectroscopy (XPS ),respectively .M eanw hile ,the effects of the so lution concentration ,reaction time and relative humidity o n the super -hydrophobicity w ere investigated ,as w ell as the relatio nship betw een contact angle and pH value of the solutio n w as studied .Mo reo ver ,the stability and co rrosion resistance o f the super -hy dro phobic surfaces w ere also tested .The results show that the optimal preparation conditions are 1.0mol /L of ethy lsilico ne so lution concentration ,2.5h of reactio n time and 40%～55%of relative humidity .And all the as -prepared super -hy drophobic surfaces show lo ng time stability and cor ro sion resistance .【Key words 】 super -hydropho bic ;chemical etching ;contact ang le ;stability ;co rrosion resistance收稿日期:2009-09-28;修订日期:2009-11-02基金项目:国家自然科学基金资助项目(50823008,20673131)和中国科学院“百人计划”资助项目作者简介:赵 坤(1984-),男,硕士研究生。
超疏水涂层的制备与应用
超疏水涂层的制备与应用在当今科技迅速发展的时代，材料科学领域不断涌现出各种创新的成果，超疏水涂层便是其中备受瞩目的一项。
超疏水涂层因其独特的性能，在众多领域展现出了广阔的应用前景。
一、超疏水涂层的基本概念超疏水涂层，顾名思义，是一种具有超疏水特性的表面涂层。
当水滴与这种涂层表面接触时，会形成较大的接触角（通常大于150 度），并且水珠能够轻易地滚落，带走表面的灰尘等污染物，实现自清洁的效果。
超疏水现象主要源于表面的微观结构和低表面能物质的共同作用。
在微观层面，表面通常具有粗糙的纹理或微纳结构，这增加了表面的实际接触面积，使得水滴难以浸润。
同时，涂层中含有的低表面能物质，如氟化物、硅烷等，进一步降低了表面的能态，增强了疏水性能。
二、超疏水涂层的制备方法1、模板法模板法是制备超疏水涂层的常用方法之一。
通过使用具有特定微观结构的模板，如纳米多孔氧化铝模板、光刻胶模板等，将材料填充到模板的孔隙或凹槽中，然后去除模板，从而获得具有特定微观结构的超疏水涂层。
2、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种基于化学反应的制备方法。
首先制备含有前驱体（如硅烷）的溶胶，然后通过凝胶化、干燥和热处理等过程，形成具有超疏水性能的涂层。
这种方法可以在不同的基底上制备均匀的涂层，并且可以通过调整反应条件来控制涂层的性能。
3、化学气相沉积法化学气相沉积法是在高温和真空条件下，将气态的反应物质引入反应室，在基底表面发生化学反应并沉积形成涂层。
通过选择合适的反应气体和控制反应条件，可以制备出具有特定结构和性能的超疏水涂层。
4、电化学沉积法电化学沉积法是在电场的作用下，将溶液中的离子在电极表面还原并沉积形成涂层。
这种方法可以精确控制涂层的厚度和结构，并且适用于在导电基底上制备超疏水涂层。
三、超疏水涂层的应用领域1、自清洁领域超疏水涂层的自清洁特性使其在建筑外墙、玻璃幕墙、太阳能电池板等表面具有广泛的应用前景。
建筑外墙上的超疏水涂层可以减少灰尘和污垢的附着，降低清洁成本；玻璃幕墙上的超疏水涂层可以使雨水迅速滚落，保持表面的清洁和透明度；太阳能电池板表面的超疏水涂层可以减少灰尘的积累，提高发电效率。
金属基体表面超疏水涂层材料的制备及应用研究进展
材料研究与应用 2024，18（1）：106‐115Materials Research and ApplicationEmail ：clyjyyy@http ：// 金属基体表面超疏水涂层材料的制备及应用研究进展陈耀峰1,邵文鹏2,赵广宾1,杨凯军2,朱锦鹏2（1.东方绿色能源(河北)有限公司华中分公司，河南 郑州 450003； 2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）摘要： 金属材料因具有优异的综合力学性能，广泛应用于国防军工、工业装备制造等领域中。
由于应用环境复杂多变，金属基体材料很容易受到外界环境的影响而发生表面腐蚀和结冰等问题，从而导致关键装备的功能显著下降甚至失效。
为解决上述问题，国内外科研人员研发了在金属基体表面沉积超疏水涂层。
由于超疏水涂层材料表面通常具有水接触角超过150°和滚动角低于10°的特殊润湿表面特性，要达到超疏水性能，一般需要具备微纳米粗糙结构和低表面能物质修饰两个条件。
首先，介绍了制备超疏水涂层材料的常用方法，包括喷涂法、刻蚀法、模板法、沉积法等，并对主要优缺点进行了探讨。
然后，在不同制备方法的基础上，进一步探讨了超疏水涂层在防结冰、防腐蚀、减阻、自清洁等领域中有效应用。
最后，总结了近年来超疏水涂层材料技术的研究进展，并对未来超疏水涂层材料的研发方向进行了展望。
这些研究成果为金属材料在复杂多变的应用环境中提供了更可靠的保护措施，有望提升关键装备的性能和寿命。
关键词： 超疏水；微纳结构；低表面能；防结冰；防腐蚀；涂层；制备方法；润湿特性中图分类号：TG174.4 文献标志码： A 文章编号：1673-9981（2024）01-0106-10引文格式：陈耀峰，邵文鹏，赵广宾，等.金属基体表面超疏水涂层材料的制备及应用研究进展［J ］.材料研究与应用，2024，18（1）：106-115.CHEN Yaofeng ，SHAO Wenpeng ，ZHAO Guangbin ，et al.Research Progress on the Preparation and Application of Superhy‐drophobic Coating Materials on Metal Substrate Surface ［J ］.Materials Research and Application ，2024，18（1）：106-115.0 引言超疏水现象最早被发现，是由于荷叶特有的表层自清洁效应。
金属基体超疏水表面制备及应用的研究进展
直增大 。 目前 实 验 资 料 表 明ｌ 疏 水 性 最 好 的材 料 ２ ，
Ｅ ７ １ 其 光 滑 表 面 的 接 触 角 仅 为 １ ９ ０ 。 该 角 度 Ｃ２， １． ５， 远 没 有 达 到 超 疏 水 的要 求 。
１ ２ Ｗ ｅ ｚ ｌ 型 ｎｅ模
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９ ４
材 料 工 程 ／２ １ ０ １年 ５期
角 随着 （ 值 的减 小 而增 大 ， 由于受 到 材料 ｙ 一ｙ ） － 但
Ｋｅ ｒ ｓ ｍｅ ａ ｕｂ ｔａ ｅ ｕｐ ｒ ｙｄ ｏ ｈｏ ｃ ｓ ｒ ａ ｅ；ｒ ｓ ａ ｃ ｒ ｇｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ： ｔ ｌｓ ｓ ｒ ｔ ；ｓ ｅ ｈ ｒ ｐ ｂｉ ｕ ｆ ｃ ｅｅｒｈｐｏ ｅｓ
润 湿性 是 固 体 表 面 的 重 要 性 质 之 一 ｌ ， 用 接 触 ＿ 常 １ 角来衡量 ， 当接 触 角 小 于 ９ 。 为 亲 水 表 面 ， 于 ５时 ０时 小 。 为 超 亲水 表 面 ， 于 ９ 。 为 疏 水 表 面 ， 于 １ ０时 为 大 ０时 大 ５。 超 疏 水 表 面 。 在 自然 界 中 ， 处 可 见 超 疏 水 现 象 ， 到 荷
限 制 ，ｙ ） ） 不 会 无 限 制 地 降 低 ， ０ 并 不 会 一 （ 一 ， 并 － 即 值
ｓｅ ａ ｔｒ 型 。 目前 ， 属基体 超疏水 表面 的常用制 ｉ Ｂ ｘｅ 模 金
备 方 法 有 阳极 氧 化 法 、 电化 学 沉 积 法 、 学 腐 蚀 法 、 化 化 学沉积 法 、 步浸泡 法 、 氧化法 、 板法 、 合 法等 。 一 热 模 复
超疏水铝合金表面的制备、耐腐蚀及防污性能研究
超疏水铝合金表面的制备、耐腐蚀及防污性能研究超疏水铝合金表面的制备、耐腐蚀及防污性能研究摘要：近年来，超疏水表面的制备及应用研究取得了很大进展。
本文以铝合金为研究对象，通过表面处理方法制备具有超疏水性能的铝合金表面，同时对其耐腐蚀性能和防污性能进行了研究。
研究结果表明，采用适当的表面处理方法能够显著提高铝合金表面的超疏水性能，并具备较好的耐腐蚀性能和防污性能，为其在航空、汽车和建筑等领域的应用提供了一定的理论和实践基础。
关键词：超疏水；铝合金；表面处理；耐腐蚀性能；防污性能1. 引言超疏水表面是一种具有特殊性质的表面，其特点是具有非常高的液滴接触角，液滴在其上无法形成明显的接触，无法在其上停留或扩展。
超疏水表面的应用领域广泛，比如自清洁涂料、抗污染材料、防腐蚀涂层等。
铝合金作为一种广泛应用于航空、汽车和建筑等领域的材料，其表面的超疏水性能研究具有重要的理论和实践意义。
2. 铝合金表面处理方法冷轧表面处理、阳极氧化和化学修饰等方法是常用的铝合金表面处理方法。
本研究选用阳极氧化和化学修饰相结合的方法处理铝合金表面，以提高其超疏水性能。
阳极氧化能够在铝合金表面形成一层致密的、具有良好耐蚀性的氧化膜，而化学修饰则能够在氧化膜上形成微纳米结构，进一步增强其超疏水性能。
3. 表面性能测试对经过表面处理的铝合金样品进行表面性能测试。
首先测试其接触角，采用水滴接触角测量仪，将水滴滴在铝合金表面，通过测量水滴与表面之间的接触角来评估其超疏水性能。
同时，采用扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面的微观形貌，并进行表面粗糙度的测试，以评估其超疏水性能的原因。
4. 耐腐蚀性能测试采用电化学方法测试表面处理后的铝合金样品的耐腐蚀性能。
通过测量其极化曲线和阻抗谱，评估其在不同腐蚀介质中的耐腐蚀能力。
5. 防污性能测试测试表面处理后的铝合金样品的防污性能。
将不同类型的污渍（如油、墨水、咖啡）滴在样品表面，观察其在表面的滞留情况，并通过洗涤、冲刷等方法对其进行清洁，评估其防污能力。
铝合金表面构建超疏水性的化学改性机理
各种试样（ 包括刻蚀后铝合金基片、不同蒸镀 改性工艺处理后样品和一步法制备的样品） 表面形 貌采用 Sirion 场发射扫描电镜（ SEM ） 进行分析．
第 41 卷第 5 期 2011 年 9 月
东南大学学报（ 自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2011． 05． 027
Vol． 41 No． 5 Sept． 2011
Mechanism of chemical modification for fabricating superhydrophobic aluminum alloy
Wu Jie Yu Xinquan Zhang Youfa Zhou Quanhui
（ School of Materials Science and Engineering，Southeast University，Nanjing 211189，China） （ Jiangsu Key Laboratory of Advanced Metallic Materials，Southeast University，Nanjing 211189，China）
103969issn10010505201105027超疏水金属表面具有耐腐蚀自清洁抗结冰防生物附着等特性对金属在海水环境酸性条件低温和人体植入等领域的应用具有重要意义基于荷叶效应的基本原理超疏水金属表面的制备方法主要有2构建粗糙结构和表面改性分开进行的两步法粗糙化和化学改性同时进行的一步法对于粗糙结构的制备有湿化学刻蚀法表面氧化法直接成膜法和电化学沉积法运用这些方法已在不锈钢铜铝锌和钛等多种金属表面获得了超疏水性表面改性剂一般选用表面能较低的聚合物如氟碳树脂聚四氟乙烯有机硅树脂聚二甲基硅氧烷氟硅树脂氟硅烷和长链聚合物硬脂酸等与其他制备方法相比湿化学刻蚀法简便快捷成本较低
超疏水表面的应用
超疏水表面的应用超疏水表面的应用摘要：由于超疏水表面在自清洁表面、微流体系统和生物相容性等方面的潜在应用,有关超疏水表面的研究引起了极大的关注。
本文简述了超疏水表面的制备方法，归纳了超疏水表面的应用,对超疏水表面研究的发展进行了展望。
关键词：超疏水；制备；应用表面的疏水性能通常用表面与水静态的接触角和动态的滚动角描述。
超疏水表面是指与水的接触角大于150°,而滚动角小于10°的表面。
该特殊表面在日常生活和工业生产等领域都有着极其广阔的应用前景,如玻璃表面的防雾、交通指示灯的自清洁、船体表面的润滑和纺织品的防污性能等。
滚动角的大小代表了一个薄膜表面的滞后程度。
从理论上讲,真正意义的超疏水表面既要有较大的静态接触角,又要有较小的滚动角[1]。
1 常见超疏水表面制备方法人工制备超疏水表面虽然时间不长，但发展特别迅速，有效的制备方法也越来越多，主要有模板法、静电纺丝法、相分离与自组装法、溶胶-凝胶法、刻蚀法、水热法、化学沉积与电沉积法、纳米二氧化硅法、腐蚀法等。
2 超疏水表面的应用功能性应用的众多需求一直驱使着超疏水表面不断研究发展。
现如今,在不同的领域涌现出一大批新型、高效的应用方式[2]。
2.1 微物质能量领域超疏水表面的一个很重要的应用即为其超疏水性的可逆性。
超疏水可逆性原理可应用于液滴或纳米粒子的操纵和微米级毛细管引擎。
Noso no vsky 等通过光照或电压等增加下板表面能量到一定值,半月板下移形成毛细管桥,反则下半月板恢复到原来的位置。
类似的原理可以用于微物质的操控,例如,一个小液滴,当承载基板为低表面能时被抬起；反则液滴被释放。
这样就以实现表面能与机械能之间的能量转化,进而促成多种能量之间的变换。
此类实验的成功微物质领域的能量应用发展提供了广阔的空间。
2.2 燃料领域在传统燃料输送设备中,剩余燃料都会造成很大的浪费,与此相关的应用是使用超疏油表面进行燃料经济性操作, 即在设备内制得超疏油表面,虽然所用的表面是超疏油性的,但其制备原理与超疏水表面制备方法极其类似, T uteja 等在油料输送管道和储油罐内制备出以低表面能物质修饰的粗糙表面,同样可以适用于低表面能油料流体的输送。
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超疏水表面在铝合金基底上的应
用设计
超疏水表面在铝合金基底上的应用设计
超疏水表面是指表面具有非常高的疏水性能，水滴在其上会呈现出高度球形，并且能够迅速滚落。
这种特性在各种工业领域具有广泛的应用潜力。
在铝合金基底上应用超疏水表面可以实现许多有益的效果，比如抗腐蚀、防污染、防结冰等。
本文将从设计的角度，逐步思考超疏水表面在铝合金基底上的应用。
首先，我们需要选择合适的超疏水材料用于制备表面。
研究表明，纳米结构的氧化物材料，如二氧化硅（SiO2）、二氧化钛（TiO2）等，具有良好的超疏水性能。
因此，我们可以考虑使用这些材料来制备超疏水表面。
其次，我们需要设计合适的表面纳米结构。
超疏水表面的疏水性能与其微观结构密切相关。
常见的制备方法包括溶液沉积、溅射、刻蚀等。
我们可以通过在铝合金基底上沉积纳米颗粒，或者利用光刻技术制备微米级别的结构，从而实现超疏水表面的构建。
接下来，我们需要对超疏水表面进行表面修饰。
表面修饰可以进一步提高超疏水性能。
一种常见的方法是利用有机硅化合物进行修饰，形成一层自组装的
有机硅膜。
这种膜能够填充表面微观结构的空隙，提高表面的平整度和抗污染性能。
然后，我们需要评估超疏水表面的性能。
通过测量接触角和接触角滚动角等参数，可以评估超疏水表面的疏水性能。
此外，还可以进行一系列实验来评估其抗腐蚀性能、防污染性能以及防结冰性能等。
最后，我们需要考虑超疏水表面在实际应用中的问题。
比如，超疏水表面在长期使用过程中是否会发生结构破坏或性能衰减等。
针对这些问题，我们需要进行长期的耐久性测试，并制定相应的保养和维护策略。
综上所述，超疏水表面在铝合金基底上的应用需要从选择合适的材料开始，设计合适的微观结构，并进行表面修饰和性能评估。
通过这些步骤，我们可以为超疏水表面在铝合金基底上的应用提供科学可行的设计思路。