仿生制备氧化锌纳米棒阵列超疏水表面

通过模仿荷叶表面微观结构和表面化学成分的方法,以玻璃为基底在溶液中生长ZnO纳米棒并经表面低自由能化修饰,从而成功制备了ZnO纳米棒阵列超疏水表面.经接触角测量仪表征,该超疏水表面静态水接触角为156°,扫描电镜分析表明所制备的ZnO纳米棒均具有100 nm左右的直径,这种微纳米的复合结构是赋予材料表面超疏水性能的主要因素.最后采用Cassie模型对该超疏水表面的超疏水性能进行了理论分析.     

木材表面SiO2/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜的构建

【目的】为获得具有良好机械耐磨性的超疏水木材,构建了木材表面SiO₂/环氧树脂/氟硅烷复合超疏水膜。【方法】采用两步法在木材表面构建有机/无机复合超疏水涂层,在木材基底预置透明环氧树脂底层以覆盖木材表面天然微沟槽结构,然后构建SiO₂/环氧树脂/氟硅烷(FAS)复合超疏水薄膜。采用场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜以及傅里叶红外光谱仪对超疏水涂层的微观形貌和化学组成进行表征,并测试其疏水、疏油和机械耐磨性能。【结果】木材表面复合超疏水涂层具有精细的微/纳米二元粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS,使木材表面不仅具有良好的超疏水性能(水静态接触角为153°,滚动角低于4°),而且疏油(乙二醇接触角为146°,滚动角低于11°); 经砂纸多次磨擦后木材表面水接触角和滚动角基本不变,超疏水性能保持稳定,超疏水涂层的微纳米结构及疏水物质依然保留,表现出良好的机械耐磨性。【结论】有机/无机复合超疏水涂层体系中,环氧树脂由于黏结作用使得SiO₂纳米粒子与木材基底形成牢固的结合,从而赋予涂层良好的机械稳定性。     

RAFT聚合制备两亲性嵌段共聚物及其应用研究

研究用两亲性嵌段共聚物和纳米二氧化硅制备超疏水表面.采用可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)合成了两亲性嵌段共聚物聚甲基丙烯酸叔丁酯-b-聚(4-乙烯基吡啶),用红外光谱,核磁共振,凝胶渗透色谱对聚合物进行了表征,将嵌段共聚物接枝到纳米二氧化硅上,形成一个有机无机杂化材料,通过调节pH值来控制杂化材料在水中的聚集行为,构筑了微纳双重结构的粗糙表面.该表面为超疏水表面,对水接触角达151°,滚动角5°.扫描电镜分析表面形貌表明:具有微纳双重结构的类似荷叶表面是形成超疏水的根本原因.     

真空紫外光响应超疏水和超亲水快速可逆转变的ZnO薄膜

利用简单的低温液相技术,通过氢氟酸(HF)调控反应溶液的pH值,制备了真空紫外光响应的疏水-超亲水快速可逆转变的ZnO薄膜.该薄膜具有类似于芋头叶表面的特征,表面分布着具有纳米级亚结构的ZnO微米球,因而具有超疏水特征(水接触角为151°).在真空紫外光(VUV)照射30min后,薄膜表面显示了超亲水特征(水接触角小于5°);将VUV光照后的薄膜放置在暗室中6d后,薄膜表面又恢复到超疏水特征.VUV的使用及薄膜表面具有的独特微纳米阶层结构,加快了超疏水-超亲水之间的转变.这种快速转变特性,可促进ZnO薄膜在微流体器件上的应用.     

二氧化硅／有机蒙脱土复合超疏水涂层的制备及其性能研究

将全氟辛基三乙氧基硅烷（FAs）改性的二氧化硅颗粒与有机蒙脱土（OMMT）混合制成溶胶,采用浸渍提拉法制备具备超疏水性能的复合涂层,研究了二氧化硅／OMMT不同配比对涂层疏水性能的影响。结果表明,复合涂层的静态接触角随二氧化硅／OMMT质量比的增加而增大,滚动角随二氧化硅／OMMT质量比的增加而减小。通过扫描电子显微镜（SEM）观察涂层表面微观结构,发现超疏水涂层表面具有微纳米复合结构,结合FAS改性二氧化硅的低表面能,赋予了复合涂层优良的超疏水性能。     

木材仿生超疏水功能化制备方法

 超疏水表面是一类与水的接触角大于150°且接触角滞后小于10°的固体表面,其在基础研究和工业应用方面具有重大的研究和实用价值。通常情况下,超疏水表面可通过在疏水材料表面构建一定尺寸的粗糙结构或利用低表面能的物质对粗糙表面进行修饰而获得。本文综述木材超疏水表面的制备方法,主要概括了溶胶-凝胶法、水热合成法、湿化学方法、表面涂覆和溶液浸泡法等的应用情况,讨论了超疏水木质基表面研发中存在的问题,探讨了该研究领域的发展趋势。     

超疏水钢表面的制备及其抗结霜性能

为了改善传统钢铁表面较差的抗结霜性能,对钢片表面先后进行高能微米喷丸处理和氟化处理,采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和抗结霜试验设备研究了钢片表面形貌、浸润性和抗结霜性能的变化.结果表明,高能微米喷丸处理在钢片表面成功构建了微米一纳米复合结构,且喷丸尺寸越细小,得到的微观结构越细小均匀.喷丸一氟化复合处理后,钢片表面与水滴接触角可高达160.,滚动角小于2.,显示出超疏水性和低黏附性.低温结霜试验表明,制备的超疏水钢片在试验过程中只有少量的霜晶出现,而未经处理的钢片已形成霜层.分析认为超疏水钢表面与水滴间的热量交换较小,水滴不易凝结,从而有效地提高了抗结霜性.抗结霜性良好的超疏水钢有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用.     

超疏水材料表面的空气膜与自清洁作用对细菌黏附行为的影响

超疏水材料因其特殊的润湿性被广泛用作抑菌材料，许多研究认为超疏水材料与细菌溶液间的空气膜是其抑菌的关键因素，但鲜有研究能直接证明空气对细菌黏附的影响.本文应用电化学阳极氧化法和分子自组装方法，在钛箔表面制备了超亲水的二氧化钛纳米孔柱阵列(NPA)和超疏水的NPA.通过超声去除超疏水NPA固-液界面的空气膜，对比研究细菌在超疏水样品有无超声情况下的黏附，其中细菌黏附应用荧光显微镜进行表征.结果表明，超疏水NPA相对于超亲水NPA表现出明显的抗菌效果；肉眼可见的空气膜在局部区域内，可明显阻碍细菌的黏附，从而影响细菌在超疏水材料表面的分布；但从黏附细菌的整体数量对比，超疏水NPA固-液界面的空气膜对细菌的黏附数量并没有显著影响.此外，超疏水材料表面黏附的细菌易在常规的实验漂洗过程中脱离材料，这提示了在考察超疏水材料的抑菌性能时，需要考虑材料的自清洁作用对其抑菌性能表征的干扰.     

超疏水型生态修复材料的制备及性能影响规律

为提高砂质土壤保水蓄水能力,制备出一种性能优异的超疏水型生态修复材料,以砂质土壤为芯料,通过调整覆膜材料的种类、掺量和芯料级配,并在芯料表面构建纳米粗糙结构,探究该材料防渗性和透气性的影响规律。结果表明：在选取覆膜材料时,疏水树脂的表面能应小于30mN·m^-1;为提升该材料的防渗性能,芯料级配分布的相对标准偏差α应大于0.35;在材料具备低表面能的前提下,加入纳米级材料增大粗糙度,可显著提高超疏水型生态修复材料的防渗性能。用掺量为1%的氟硅树脂对大漠砂覆膜后,加入掺量为0.3%的纳米SiO₂在表面构建粗糙结构,所制得的超疏水型生态修复材料耐静水高度可达48cm。     

高强度超疏水性杨木材料的构建

 针对超疏水性材料应用过程中性能不够持久的问题,以杨木为例,通过实验研究了具有高强度超疏水性能的杨木材料的构建。采用真空加压方法将二氧化硅合成原料注入杨木内部,使正硅酸乙酯、氨水、乙醇在杨木微米级导管内发生溶胶-凝胶作用而生成SiO₂纳米粒子,在不破坏杨木原本结构的情况下实现二氧化硅与木材的复合,使杨木材料形成更强健的二维多级粗糙结构,并经十八烷基三氯硅烷修饰使杨木材料表面获得高强度的超疏水性能。检测结果表明,该超疏水性杨木材料样品在水、腐蚀性液体（酸液/碱液）、常见有机溶剂中以及一些常见条件下均保持了优异的超疏水特性能。     

Static and dynamic characterization of droplets on hydrophobic surfaces

We report on our study of the static and dynamic wetting property of hydrophobic surfaces with micro-and dual micro/nano-scale structures.Simulations based on the lattice Boltzmann method showed that the apparent contact angle of water droplets on hy-drophobic surfaces with micro-scale structures increases as solid area decreases,whereas dual micro/nano-scale structures not only increase surface hydrophobicity but also greatly stabilize the Cassie state of droplets.Droplets falling on a superhydrophobic surface distort and,depending of free energy,sometimes bounced on the surface before finally adhering to the surface.These phenomena are in agreement with experimental observations.Simulated results also show that micro/nano-scale surface structures can increase droplet rebound height,which depends on static apparent contact angle.     

化学刻蚀法制备铝合金基超疏水表面

采用简单化学刻蚀法对铝合金基体进行腐蚀,得到了粗糙表面.然后对铝合金粗糙表面进行氟化处理,得到了具有超疏水的表面.研究了不同刻蚀时间以及不同刻蚀液浓度对表面疏水效果的影响.结果发现:在实验的参数条件下,不同刻蚀时间下,接触角随着氢氟酸刻蚀时间的增加,先增加后减少,当氢氟酸刻蚀时间为7 min时,所得试件水的接触角最大.不同刻蚀液浓度下,接触角随着盐酸浓度的增加,先增加后减少.当盐酸浓度为4 mol/L时,所得试件水的接触角最大.     

微纳表面热功能结构及其脱合金原位成形方法

表面热功能结构广泛应用于热能转换与传递的各个环节,是机械与工程热物理交叉领域重要的研究方向。从加工学的角度综述了表面热功能结构的微纳发展现状和趋势。分析表明,对表面微纳结构的规则性、水热稳定性、固液界面特性的有效控制是提升传热性能的关键,也是表面微纳热功能结构加工领域的挑战。介绍了基于脱合金技术的表面纳米多孔金属结构原位成形方法及其在强化沸腾传热领域的应用现状和前景。     

基于软印刷技术的竹材表面仿制荷叶超疏水结构

 利用软印刷技术,研究了在竹材表面仿制荷叶表面的超疏水性微纳结构。以新鲜荷叶为模板,以聚二甲基硅氧烷（PDMS）为印章,经过两次复形处理使竹材表面获得类似荷叶表面的超疏水结构。扫描电子显微镜（SEM）观测及接触角测试结果表明,制备的仿生荷叶竹材样品具有与荷叶类似的微纳乳突结构粗糙表面,其与水滴的接触角达到150.5°（平均值）,非常接近荷叶表面的接触角（154.5°）,表现出超疏水特性。仿生荷叶微纳结构竹材样品的成功制备,证实了纳米技术赋予竹材等亲水材料以超疏水性能的可行性。     

Super-hydrophobic and Self-cleaning PVDF Film Fabricated by Chemical Bath Deposition

Self-cleaning surfaces have received a great deal of attention recently,both in theoretical studies and commercial applications.The self-cleaning surface of lotus leaf is hydrophobic and rough,showing a micro-and nano-scale morphology.The micro-reliefs of lotus leaf were mimicked using polyvinylidene fluoride(PVDF)film and nano-scale peaks on the top of the micro-reliefs were implemented by the reaction between methyltrichlorosilane and the reactive groups of PVDF film treated by oxygen plasma.A lotus-leaf-like surface of the PVDF film was clearly observed by scanning electronic microscopy(SEM)and atomic force microscope(AFM).Elemental composition analysis by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)revealed that the material of the nanostructure of PVDF film was polymethylsiloxane.The superhydrophobic property of the mimicked self-cleaning surface was validated by the water contact angle and sliding angle on the lotus-leaf-like PVDF film,which were 156.6° and 4°,respectively.In this case,water droplets can easily move across the PVDF film surface,carrying dirt particles away,leaving no contamination.     

Relationship between nanoscale deformation of coal structure and metamorphic-deformed environments

The relation between coal structure (including molecu-lar and pore structures) and metamorphism has been dis-cussed over a century. It has seldom involved nano-scale structure deformation of coals and its metamorphism- de-formed environment, especially the factor of stress influ-ence on nano-scale structural deformation. Instead the influence of temperature and pressure on the coal structure has been the primary focus. As a result, part studies indi-cated that temperature is the main factor th…     

准分子激光对304不锈钢表面的改性研究

将深紫外波段的248 nm的KrF准分子激光作用于304不锈钢,通过调制激光能量、脉冲频率、轰击时间等实验参数,研究了不同参数下的样品表面硬度及表面显微形貌,探讨了激光处理后的材料表面硬度和激光参数以及表面显微形貌之间的关系,分析了激光表面处理对304不锈钢硬度调制的优化参数.     

浸泡法快速制备超疏水黄铜表面

采用化学蚀刻和溶液浸泡相结合的方法制备具有超疏水性的黄铜表面.按比例配置HCl、HNO3和HF的混合溶液蚀刻黄铜,蚀刻后用硬脂酸溶液进行修饰以获得接触角大于150°的表面.通过扫描电镜对表面结构的观察以及能谱分析,发现蚀刻后的表面具有片状和微小乳突组成的微/纳二级结构,修饰后的这些结构可以捕获大量空气.根据Cassie模式的计算方程,水滴与空气的接触面积约占总接触面积的94.11%.实验研究了不同蚀刻时间对试件表面润湿性的影响,理论分析微结构的形成机理.发现最佳制备条件为：蚀刻时间5 min,浸泡时间1 h,此条件下制备的试件的接触角达到164.5°.
     

微米及纳米级微粒的分离与操控研究进展

随着微/纳米技术的发展,寻求一种微/纳米粒子有效的分离操控技术是实现其应用的关键.本文综述了微/纳米级微粒分离操控的几种常用技术,并且着重介绍了介电泳的基本理论以及它在微/纳米级微粒分离操控的研究进展及其应用前景.     

热压微晶碳化硼材料研磨面白斑成因探析

热压微晶碳化硼材料是用于宇航控制系统的材料 ,对其可靠性要求极高 .有些热压微晶碳化硼材料研磨面上有宏观可见的白色斑点 ,这是一种异常现象 .通过对白色区形貌和成分的分析 ,认为白斑是在磨削过程中形成的基体表面剥落 ,剥落区凹凸不平造成反光强度不同 ,因而在宏观上呈现为白色 .白斑区成分是正常的碳化硼相 ,并非夹杂有外来物质 ,并提出了消除这一现象的可能途径