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。     

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。     

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。     

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°.
     

电化学沉积法制备超疏水镍薄膜

通过电镀方法在铜基体表面制备出了粗糙镍表面,SEM照片显示镍层呈现纳米针状结构,接触角测试表明水在其表面接触角约为112°,调节电镀时间,增大纳米针尺寸并不能实现超疏水性.在针状镍表面继续施加化学镀,对微结构进行修饰,SEM照片显示当化学镀达到1min时,纳米针尖被球冠状结构所代替,水在表面接触角增至152.3°,这表明镍表面成功地从疏水性转变成了超疏水性.     

从自然到仿生的超疏水纳米界面材料

浸润性是固体表面的重要特征之一,它是由表面的化学组成和微观几何结构决定的。日前我们关于荷叶和水稻叶的研究显示,一种具有较大接触角和较小滚动角的超疏水表面,需要微米和纳米级的结构有机结合形成复合结构,而且表面微观结构的排列方式会影响水滴的运动趋势。通过对水黾腿表面结构的详细研究,得到了超疏水性质与微、纳米结构取向之间的关系。据此,我们已成功制备出了超疏水和超双疏的纳米界面材料,并实现了热响应性和光响应的超疏水与超亲水可逆“开关”材料。     

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°.     

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.     

采用热压-喷涂法制备PMMA超疏表面涂层

以纳米SiO_2和PMMA为原料,提出了一种以不锈钢丝网为热压模板结合喷涂法制备PMMA超疏表面的新方法.研究了热压压力和喷涂SiO_2纳米粒子浓度对表面浸润性的影响.结果表明,SiO_2纳米粒子能够明显改善PMMA表面的浸润性.在热压压力为0.5MPa、疏水性SiO_2纳米粒子质量分数为4%时,可获得最佳的超疏水涂层,涂层的接触角为164°±0.8°,滚动角小于2°.通过扫描电镜(SEM)观察了涂层表面的微观结构,发现超疏水性涂层具备规则的微纳二元结构.该表面在p H值为1~14的范围内都具有很好的超疏性能;同时,制备的超疏水涂层在空气中放置10个月以上,其表面接触角仍大于150°.     

超疏水磁性纤维素粒子的制备及性能表征

 采用纤维素为原料,制备了超疏水磁性纤维素粒子。竹溶解浆用氢氧化钠/尿素/水体系溶解,在水中再生形成纤维素粒子。再采用原位沉淀法制得磁性纤维素粒子,正十八烷基三甲基硅烷修饰后得到超疏水磁性纤维素粒子。用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱仪（FT-IR）、热失重分析仪（TG）和液滴形状分析仪（CA）对改性纤维素粒子的形貌、化学结构、热稳定性和超疏水性进行了分析。改性纤维素粒子表现出超疏水性能和磁响应性能,水接触角达到151.2°。改性纤维素粒子可以包裹水滴和甘油形成液体弹珠。     

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。     

Preparation of superhydrophobic silver nano coatings with feather-like structures by electroless galvanic deposition

Superhydrophobic silver nanocoatings with feather-like morphology are fabricated on copper substrates by electroless galvanic deposition. The coating exhibit superhydrophobicity with a contact angle of 156.4° and glide angle of 4° without any further surface modification. Scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD) and contact angle measurements are used to investigate the morphology, crystal structure and superhydrophobicity, respectively, of the coatings. The coatings exhibit high thermal stability; their water contact angle did not change when the coatings were heated to 200°C for 2 h. The mechanism of superhydrophobicity of the silver coating is discussed based on the work of Amirfazli, Wenzel and Cassie.     

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。     

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。     

Sprayable coating based on fluorinated silica nanocomposites with superhydrophobic and antibacterial properties for advanced concrete

The porous hydrophilic nature of concrete structures makes them highly susceptible to chemical attack and bacterial adhesion, and the durability of concrete structures gradually decreases. In this work, a kind of sprayable coating with superhydrophobic and antibacterial properties was developed, which was used for surface engineering of concrete via the hydrophilic property of concrete and capillary action. The treated surface of concrete exhibited significant superhydrophobicity, with a static water contact angle of 162.4° and a sliding angle of 5°. The water absorption values of the treated concrete samples in merged in deionized water and 3.5 ?wt% NaCl solution for 7 days were measured as 1.85% and 2.71%, indicating the enhancement of water repellency by 72.03% and 80.11%, respectively. The antibacterial characterization revealed that the superhydrophobic coating enabled significantly reduced adhesion of bacteria, with the antibacterial rates of 84.57 ?± ?2.5% for E. coli and 90.43 ?± ?1.6% for S. epidermidis, respectively. The superhydrophobic coating provides hydrophobic protection for porous substrate structures and effectively reduce the corrosion damage of substrate materials, which is of practical significance for improving the durability of concrete structures.