用于输电线路的铝基超疏水表面抗覆冰研究

输电线路覆冰灾害危害及其预防现已成为一个迫切需要解决的问题.本文就铝基超疏水表面抗冰特性进行了研究,在铝片和输电铝线表面涂覆本文制备的硅基超疏水溶液,使铝基表面疏水角达到154.5°.具有超疏水性的铝基能有效防止水珠滞留在表面形成覆冰.通过恒湿恒温室模拟覆冰过程,观察并测量涂覆溶液前后表面的覆冰面积以及输电铝线脱冰力大小来反映抗覆冰特性,实验结果显示超疏水铝片表面的覆冰面积比普通铝片表面覆冰减少了40%并且具有超疏水表面的输电线上脱冰力减少了11N.实验结果对输电线路结冰问题的解决提供了新的思路.     

B10白铜表面超疏水膜的制备及其耐腐蚀性能研究

以B10白铜为基底,采用刻蚀、煅烧和表面改性的方法制备了超疏水膜,采用K100-MK2型张力仪测量超疏水膜的接触角,采用扫描电子显微镜观察超疏水膜的表面形貌,采用电化学工作站测试超疏水膜在3.5% NaCl（%表示质量分数）水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,刻蚀、煅烧后的B10白铜样品分别在溶液A中改性5 min、在溶液B中改性12 h后,得到的两种超疏水膜的接触角可分别达到153.2°和151.5°。将两种超疏水膜分别在3.5% NaCl水溶液中腐蚀10 d后,与裸B10白铜相比,仍表现出较好的耐腐蚀持久性。该方法为制备具有抗腐蚀和自清洁性能的超疏水表面提供了一条有效途径,可用于金属材料的表面改性。     

表面活性剂与PTFE涂层结构对润湿性的影响

以粗糙的超疏水聚四氟乙烯(PTFE)涂层为基体,研究表面活性剂的加入对溶液在粗糙PTFE涂层表面润湿性的影响.利用粗糙PTFE涂层表面Cassie方程计算和原子力显微镜(AFM)对表面活性剂分子在涂层表面的形貌进行表征.结果表明,在低表面张力范围内表面活性剂溶液不能润湿粗糙的超疏水PTFE涂层,而具有相似表面张力的有机溶剂可以润湿涂层表面.表面活性剂溶液与粗糙PTFE涂层表面接触时的空气分率始终维持在0.5以上,溶液不能完全进入PTFE粗糙结构,这点是导致低表面张力的表面活性剂溶液在粗糙PTFE涂层上不能润湿的原因.     

铜基超疏水表面的制备及防腐蚀特性

针对铜极易被含Cl~-溶剂腐蚀的问题,以NaOH和(NH_4)_2S_2O_8的混合水溶液为氧化剂、十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS-17)为低表面能改性剂,在铜表面制备得到超疏水涂层。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面的结构、形貌及组成进行了表征,通过Tafel极化曲线和EIS谱图分析了样品在3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液中的防腐蚀特性。结果表明:浸渍10 min的铜表面生长出了致密均匀的CuO纳米线结构;化学改性后表面的水接触角(CA)大于160°,滚动角(SA)小于3°。相比裸铜基板,生长有超疏水CuO纳米线结构的表面表现出较低的腐蚀电流密度(I_(corr)=3.285×10~(-6) A/cm~2),抑制腐蚀的效率达到99.65%,而且在3.5%NaCl溶液中浸泡6 d仍保持超疏水性。与当前使用缓蚀剂抑制铜腐蚀的方法相比,文中方法更加环保且廉价。     

SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的性能及制备

为提高SiCp/Al复合材料的服役性能,本研究采用紫外激光刻蚀与盐酸溶液腐蚀相结合的方法,在SiCp/Al复合材料试样表面构建二级微结构,经低表面能处理后制备出超疏水功能表面.采用超景深三维显微系统、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、能量色散X射线能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)、接触角仪等设备,以及电化学试验、温度循环试验、摩擦试验等方法,研究了所制备的SiCp/Al复合材料超疏水功能表面的微观形貌、组成成分、疏水性、耐腐蚀性、温度稳定性以及耐磨性.试验结果表明:所制备的试样具备良好的超疏水性能,10 μm粒径试样表面的接触角达到了163.8°,且滚动角小于1°.与未处理试样相比,所制备试样的表面具有良好的耐腐蚀性、防污性和温度稳定性,以及一定的耐磨性能.同时,SiC颗粒的粒径越大,激光刻蚀难度越大,所制备试样表面的耐腐蚀性能越好.SiC颗粒粒径对所制备试样表面的防污性、温度稳定性和耐磨性能的影响较小.     

超疏水表面形貌对层流减阻的数值模拟

为了研究超疏水表面形貌结构对其流动减阻的影响,设计了4种不同形貌的表面结构.针对超疏水表面的流动特点,建立微通道气-液两相流动的VOF(Volume of Fluid)模型,对超疏水表面在层流状态下的表面形貌结构对流动减阻的影响规律进行了研究.结果表明,超疏水表面的减阻效果随微凸起间距的增大而明显增大,而与微凸起高度的变化关系不大,且三角形和圆顶矩形微凸起结构表面比圆形和平顶矩形微凸起结构表面具有更好的减阻效果.     

表面铝氢氧化物微/纳米结构的制备与表征

为了解决微/纳米粉体在吸附、催化等方面易团聚、回收难、利用率低的问题。通过水热法在金属铝表面原位制备铝氢氧化物,探究了氨水浓度、温度和时间对铝氢氧化物外观形貌和组成结构的影响规律。结果表明:溶液中加入氨水时,表面生成拜耳石微米棒状铝氢氧化物。氨水浓度对铝氢氧化物形貌影响较为明显,随氨水浓度增大,表面棒状结构增多。溶液中未加氨水时,铝表面生成拟薄水铝石纳米片状结构铝氢氧化物,并且随着温度的提高和时间的延长,铝氢氧化物纳米片的密度增加、结晶性提高;同时制备的该铝氢氧化物纳米片是疏松多孔的,有利于增大比表面积。     

锌基底上超疏水表面的制备

采用硝酸为刻蚀剂、CS2与液体石蜡的混合溶液为疏水剂,经简单处理在锌基底上构建了微纳米结构,通过SEM,XRD等进行了结构表征和疏水性能测试．结果表明锌表面经过硝酸溶液刻蚀处理后具有了树立的不规则排列的片状结构,形成了一个阶层,表面上的阶层结构对超疏水性起到了一个关键的作用．     

锌基底上含金属锡的超疏水表面的制备

针对超疏水金属表面广阔的应用前景,采用氯化亚锡的丙酮溶液,十八硫醇的丙酮溶液为疏水剂在锌基底上构建了超疏水表面,通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行了结构表征和疏水性能测试.结果表明,超疏水表面具有微纳米阶层结构,静态接触角为158°,滚动角小于5°.     

超疏水涂膜的制备及其性能

采用溶胶-凝胶法,以KH550(γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)开环改性的双酚A型环氧树脂为原料合成环氧树脂溶胶颗粒,利用含氢硅油(PMHS)对其表面进行疏水改性,通过涂覆的方式在基底表面成功制备超疏水涂膜。研究了含氢硅油、氨水、反应时间对涂膜疏水性能的影响,确定了制备涂膜的最佳工艺条件,探讨了涂膜在热处理和酸碱条件下疏水性能变化规律。结果表明:当PMHS用量为1 mL、氨水用量为8 mL、反应时间为6 h时,所制备的涂膜疏水性能最佳,接触角为156°;热处理温度达到300℃后,涂膜仍具有良好的疏水性能,其接触角为147.6°;强酸、强碱和NaCl溶液中涂膜也能够保持长时间的超疏水性能;形貌分析观察到涂膜具有微纳米双层结构。     

双疏水表面润湿和传热动力学研究

为实现润湿图案化的超疏水表面在航空电子设备散热中的应用,本文对液滴撞击双疏水表面(具有疏水性图案的超疏水基质)的润湿行为和传热特性进行了分析.通过使用高速相机和红外相机,我们获取了液滴铺展和回退阶段的动力学以及表面温度和热流量的相应空间分布.本文研究了液滴撞击超疏水、疏水和双疏水表面上的动态润湿和局部传热的差异.此外,本文还分析了表面温度和撞击高度对液滴撞击过程的影响.结果表明,所有表面在铺展阶段都具有相同的润湿特性和相似的传热行为.表面温度变化并不能对铺展阶段表面润湿特性产生较大的影响,液滴铺展时间与表面温度和撞击高度无关.在回退阶段,表面润湿特性的差异使得三个表面之间的传热特性明显不同.双疏水表面特殊润湿特性使得回退阶段液膜的接触线速度存在跳变现象,形成了许多小液滴,增加了接触面积,同时又兼具了超疏水表面的回弹特性.     

超疏水表面仿生原型制备技术研究分析

超疏水表面(superhydrophobic surface)是指水滴静态接触角>150°且滚动角<10°的材料表面,广泛应用于自清洁、防腐蚀、疏水抑冰与船舰减阻等诸多工程领域。基于仿生工程学原理,人们对典型超疏水仿生原型进行广泛研究,以期获取超疏水表面研制的理论基础。从呈现超疏水润湿现象的典型动植物体表入手,综述其表面微形貌结构特征对超疏水润湿特性的影响机制,介绍材料表面超疏水润湿行为量化表征的数学模型;重点关注仿生超疏水表面制备技术的最新研究进展,包括传统制备方法与3D打印制备技术,以及超疏水表面制备样件的功效表征;分析指出仿生超疏水表面的低成本、大面积、功效持久性是该领域未来发展的重要方向。研究成果可加深学者对超疏水润湿特性的认知,推动超疏水表面仿生研制新思路、新方法、新技术的发展。     

Fabrication of superhydrophobic AAO-Ag multilayer mimicking dragonfly wings

Inspired by the co-coupling of the non-smooth structure and the waxy layer inducing the hydrophobicity of dragonfly wing surface,we developed a simple and versatile method to fabricate a superhydrophobic surface with the dragonfly wing structures.In this work,Ag nanorods grew on highly ordered anodic aluminum oxide(AAO) surface via a galvanic reduction approach.Then the AAO-Ag multilayer was fabricated.Furthermore,the surface free energy of AAO-Ag multilayer was reduced by modifying with perfluorodecanethiol.The modified AAO-Ag multilayer was superhydrophobic and the static contact angle reached as high as 168°.X-ray photoelectron spectra(XPS) were used to characterize the chemical structure of the obtained products.The morphologies of AAO-Ag multilayer was similar to microstructure of dragonfly wing surface and presented hierarchical rough structure.The results showed that the co-coupling of the rough structure and low surface free energy induced the superhydrophobic performance of the AAO-Ag multilayer surface.     

工业化超疏水TiO2涂层的简易制备和性能研究

为探究适合工业化生产用超疏水纳米TiO₂的绿色改性工艺,以饱和脂肪酸A、硅烷B、纳米TiO₂（P25）等为原料制备超疏水TiO₂粉末,与环氧树脂混合后利用喷涂法制备出超疏水涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和接触角分析仪对超疏水粉末和超疏水涂层表面的形貌和疏水性进行了表征。结果表明：超疏水TiO₂粒子表面具有疏水性基团和微-纳米双重粗糙结构,粒子表面的静态水接触角为158°,滚动角为3°;当超疏水TiO₂与环氧树脂的质量比在3.2～3.5时,超疏水涂层既保持超疏水性,又与基底稳固结合,同时具有自清洁性和可修复性。该工艺操作简单方便,成本低,疏水性好,无需特殊设备,工艺环保,适应工业化生产,可用来大面积制备超疏水涂层,拥有较高的商业价值。     

Durable, high conductivity, superhydrophobicity bamboo timber surface for nanoimprint stamps

Superhydrophobic bamboo timber was fabricated by magnetron sputtering and nanoimprint stamps. Conductive copper film was deposited on the surface of bamboo timber, followed by transferring lotus leaf structure pattern to the Cu-bamboo timber surface. Modified by stearic acid, the as-prepared surface with lotus leaf structure showed superhydrophobic property with the water contact angle of 152°, and the sliding angle was only 5°. The coating showed excellent mechanical resistance, environmental stability and high conductivity. It was expected that this work could promote the applications of superhydrophobic and conductive bamboo products.     

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。     

Stabilization of Leidenfrost vapour layer by textured superhydrophobic surfaces

In 1756, Leidenfrost observed that water drops skittered on a sufficiently hot skillet, owing to levitation by an evaporative vapour film. Such films are stable only when the hot surface is above a critical temperature, and are a central phenomenon in boiling. In this so-called Leidenfrost regime, the low thermal conductivity of the vapour layer inhibits heat transfer between the hot surface and the liquid. When the temperature of the cooling surface drops below the critical temperature, the vapour film collapses and the system enters a nucleate-boiling regime, which can result in vapour explosions that are particularly detrimental in certain contexts, such as in nuclear power plants. The presence of these vapour films can also reduce liquid-solid drag. Here we show how vapour film collapse can be completely suppressed at textured superhydrophobic surfaces. At a smooth hydrophobic surface, the vapour film still collapses on cooling, albeit at a reduced critical temperature, and the system switches explosively to nucleate boiling. In contrast, at textured, superhydrophobic surfaces, the vapour layer gradually relaxes until the surface is completely cooled, without exhibiting a nucleate-boiling phase. This result demonstrates that topological texture on superhydrophobic materials is critical in stabilizing the vapour layer and thus in controlling--by heat transfer--the liquid-gas phase transition at hot surfaces. This concept can potentially be applied to control other phase transitions, such as ice or frost formation, and to the design of low-drag surfaces at which the vapour phase is stabilized in the grooves of textures without heating.     

一步法合成耐久性水基超疏水TiO2/DTMS涂层

为制备具有优异自清洁功能的耐久性水基超疏水涂层,以十二烷基三甲氧基硅烷(n-dodecyltrimethoxysilane, DTMS)为有机改性物,通过一步法在纳米TiO₂表面嫁接长链烷基官能团得到超疏水TiO₂/DTMS涂层。分析了TiO₂涂层及TiO₂/DTMS涂层的表面润湿性、形貌和化学组成,并对所得超疏水TiO₂/DTMS涂层的自清洁性能、机械及化学稳定性进行了测试。结果表明：超疏水TiO₂/DTMS涂层表面水接触角(water contact angle, WCA)达到159°;以亚甲基蓝粉末作模拟污染物,涂覆有超疏水TiO₂/DTMS涂层的玻璃具有优异的自清洁性能;经机械磨损(10 min)、酸碱液(pH=1、3、5、7、9、11、13)浸泡、高低温(−20、30、60、90、120、150 ℃)处理后超疏水TiO₂/DTMS涂层的WCA仍大于150°,表明其具有优异的机械和化学稳定性,可用于室外防污,如建筑物外墙、玻璃、太阳能电池板等。     

氧化铝在熔融冰晶石中的溶解

利用透明石英槽对氧化铝在熔融冰晶石的溶解行为进行了研究,并用摄相机观测、拍摄了整个溶解过程,分析与讨论了氧化铝溶解的影响因素·研究认为,氧化铝在熔融冰晶石中的溶解分两步,即氧化铝快速溶解和电解质表面形成结壳的氧化铝的脱落与溶解·氧化铝在熔融冰晶石中的溶解由快变慢是由于氧化铝的加入导致电解质温度降低,在电解质表面形成氧化铝/电解质结块,使氧化铝与冰晶石接触的表面积下降·氧化铝的溶解速度与搅拌速度、氧化铝的预热温度、体系的温度和氧化铝的种类有关·