超疏水表面指的是液滴接觸角大于150度同時滾動角小于10度的表面。超疏水表面具有流體減阻、防冰、自潔凈和表面緩蝕等特點。所以超疏水表面的應(yīng)用在生活、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)等各種場合都具有很大潛力。然而,目前的超疏水表面加工技術(shù)受著制取過程繁復(fù)、儀器價格高昂、較大面積生產(chǎn)困難等制約。這些問題阻礙了超疏水表面的廣泛應(yīng)用。金屬鋁及其合金具備較好的材料性能,從而它們得到了普遍使用。以簡易、經(jīng)濟的方式在金屬鋁基體上制得超疏水表面,對于促進超疏水表面的發(fā)展與應(yīng)用有深遠的指導(dǎo)作用。論文依據(jù)化學(xué)蝕刻法提出簡單、經(jīng)濟、高效的新思路制得了超疏水鋁合金。在一定濃度的鹽酸溶液中僅利用一步化學(xué)蝕刻構(gòu)建出微米級孔洞粗糙結(jié)構(gòu),在140℃恒熱高溫下加熱5min構(gòu)建出具有凹角形貌的微-納米復(fù)合粗糙結(jié)構(gòu)。制備出的樣品表面實現(xiàn)了超疏水性能,與水的接觸角達到167.2度,滾動角度僅為2.3度。采用接觸角測量儀、掃描電子顯微鏡及能譜儀對制得的超疏水鋁合金樣品表面的潤濕性、微觀結(jié)構(gòu)和組成成分進行表征。從微觀結(jié)構(gòu)方面對超疏水鋁合金表面的超疏水性能實現(xiàn)進行了分析。結(jié)果表明,適合的微結(jié)構(gòu)即微-納米雙重復(fù)合結(jié)粗糙構(gòu)是樣品達到超疏水的重要原因。為探究制備的超疏水鋁合金樣品的穩(wěn)定性和耐久性,通過靜態(tài)實驗和浸泡實驗我們發(fā)現(xiàn),制備的超疏水鋁合金樣品的接觸角始終大于150度,證明制備的超疏水鋁合金樣品表面具有很好的穩(wěn)定性和耐久性。為探究制備鋁合金基體超疏水表面的最優(yōu)反應(yīng)條件,基于正交試驗,分析了蝕刻液濃度,刻蝕時間、加熱溫度和加熱時間對獲得鋁合金超疏水疏水性的影響,通過L_(16)(4~4)正交試驗表設(shè)計實驗,并得到影響制備超疏水鋁合金表面因素的主次順序為加熱溫度、刻蝕時間、刻蝕液濃度和加熱時間。確定的最優(yōu)組合為:V(HCL):V(H_2O)=1:5,刻蝕10min,140℃高溫處理5min。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4
【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
1 緒論
    1.1 超疏水表面的定義
    1.2 自然界中超疏水現(xiàn)象
    1.3 超疏水表面制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.4 電沉積法
    1.5 溶液浸泡法
        1.5.1 化學(xué)氣相沉積法
        1.5.2 物理氣相沉積法
        1.5.3 機械加工法
        1.5.4 激光刻蝕法
        1.5.5 溶膠-凝膠法
        1.5.6 等離子體刻蝕法
        1.5.7 模板法
        1.5.8 其它方法
    1.6 制備超疏水表面技術(shù)中尚存在的問題
    1.7 超疏水表面技術(shù)發(fā)展前景
2 超疏水表面的相關(guān)理論
    2.1 靜態(tài)接觸角
        2.1.1 理想狀態(tài)下的接觸角方程——Young氏方程
        2.1.2 水滴在粗糙固體表面接觸的Wenzel模式
        2.1.3 水滴在粗糙固體表面接觸的Cassie模式
        2.1.4 Wenzel模式和Cassie模式之間的關(guān)系
    2.2 接觸角滯后
    2.3 水滴在固體表面上的滾動角
    2.4 超疏水表面的構(gòu)筑策略
        2.4.1 表面微觀幾何結(jié)構(gòu)
        2.4.2 低表面能修飾
3 一步化學(xué)刻蝕法制備鋁合金基超疏水表面
    3.1 引言
    3.2 制備裝置與表征儀器
        3.2.1 實驗材料與裝置
        3.2.2 超疏水表面的表征
    3.3 超疏水鋁合金表面的制備過程
        3.3.1 微米級粗糙結(jié)構(gòu)表面的制備
        3.3.2 納米級粗糙結(jié)構(gòu)表面的制備
    3.4 超疏水鋁合金表面的表征
        3.4.1 表面潤濕性
        3.4.2 表面微觀形貌
        3.4.3 表面化學(xué)元素
        3.4.4 表面微結(jié)構(gòu)的形成機理
    3.5 超疏水表面的穩(wěn)定性分析
    3.6 本章小結(jié)
4 制備超疏水鋁合金表面相關(guān)參數(shù)的選擇
    4.1 正交試驗法
        4.1.1 正交試驗法的基本概念
        4.1.2 正交試驗法的基本原理
        4.1.3 正交表及其基本性質(zhì)
        4.1.4 正交實驗設(shè)計的基本程序
    4.2 鋁合金超疏水表面正交實驗設(shè)計
    4.3 正交實驗最優(yōu)組合的實驗驗證
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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