為了提高超疏水表面的結構穩(wěn)定性,采用慢走絲電火花線切割技術在鋁合金表面加工陣列微柱結構,結合電化學方法在微柱上沉積納米顆粒,無需進一步修飾,直接得到超疏水表面。實驗主要研究了電沉積時間對超疏水性能的影響,通過掃描電子顯微鏡,激光共聚焦顯微鏡,接觸角測量儀等表征手段檢測超疏水表面形貌和潤濕特性,利用傅里葉變換紅外光譜儀和能譜儀檢測表面化學成分。結果表明,所制備的樣品接觸角能達到161.88°,滾動角只有3°,表現(xiàn)出極低的粘附性,相比于平面直接沉積結構更穩(wěn)定,在外力作用下能維持更久的超疏水特性。該方法能實現(xiàn)對規(guī)則結構尺寸的可控性,應用范圍廣泛。 

【文章來源】：電鍍與精飾. 2020,42(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

鋁合金表面電沉積不同時間的電鏡圖和3D形貌圖

為了比較電化學沉積不同時間微柱表面潤濕性能的變化，采用接觸角測量儀對所制備的樣品進行親疏水性檢測，測量結果如圖2所示。在圖2(a）中可以看到，在只經過電火花線切割后的微柱表面，由于金屬本身的親水特性以及粗糙結構的存在，水滴快速陷入金屬內部，接觸角接近0°，表現(xiàn)出超親水性。但是經過電化學沉積之后，同樣的水滴滴落在表面時，水滴的形狀仍然保持近乎完美的球狀，得到超疏水鋁合金表面。圖2(b)～(f）所示為電沉積不同時間鋁合金表面接觸角的變化，從中可以清晰地看到，隨著時間的延長，微柱凸起的寬度在逐漸增大，同時相鄰兩個微柱間隙也在相應的減小，尤其在7 min之后表現(xiàn)的更加明顯。具體的接觸角和滾動角值隨沉積時間的變化如圖3所示。當沉積時間為1 min時，由于反應時間太短，球狀顆粒生長的區(qū)域不夠多，雖然接觸角能達到153.25°，但是滾動角卻在15°以上，粘附性較高；在4 min時測得接觸角略有上升，表明鋁合金表面基本被沉積物所覆蓋；當時間延長到7 min時，接觸角達到最大值161.88°，滾動角只有3°，從圖2(d）中看到，只需要兩個微柱就能把水滴撐起，說明此時的納結構生長密度和空氣間隙為最佳狀態(tài)。再進一步延長時間時發(fā)現(xiàn)水滴與表面的接觸區(qū)域擴張到三個微柱，接觸角的值有所下降，但仍保持在152°以上，滾動角也維持在較小的范圍，表現(xiàn)出低粘附性的超疏水狀態(tài)。如圖4中所示為電沉積7min的樣件低粘附性的測試過程，當水滴注射器上的水滴從接觸表面到離開時，可以看到即使針頭把水滴擠壓變形，水滴仍然能輕松脫離表面。這種低粘附性的超疏水表面在自清潔與流體減阻方面具有巨大的潛在應用價值。

具體的接觸角和滾動角值隨沉積時間的變化如圖3所示。當沉積時間為1 min時，由于反應時間太短，球狀顆粒生長的區(qū)域不夠多，雖然接觸角能達到153.25°，但是滾動角卻在15°以上，粘附性較高；在4 min時測得接觸角略有上升，表明鋁合金表面基本被沉積物所覆蓋；當時間延長到7 min時，接觸角達到最大值161.88°，滾動角只有3°，從圖2(d）中看到，只需要兩個微柱就能把水滴撐起，說明此時的納結構生長密度和空氣間隙為最佳狀態(tài)。再進一步延長時間時發(fā)現(xiàn)水滴與表面的接觸區(qū)域擴張到三個微柱，接觸角的值有所下降，但仍保持在152°以上，滾動角也維持在較小的范圍，表現(xiàn)出低粘附性的超疏水狀態(tài)。如圖4中所示為電沉積7min的樣件低粘附性的測試過程，當水滴注射器上的水滴從接觸表面到離開時，可以看到即使針頭把水滴擠壓變形，水滴仍然能輕松脫離表面。這種低粘附性的超疏水表面在自清潔與流體減阻方面具有巨大的潛在應用價值。圖4 超疏水表面低粘附性測試過程

【參考文獻】：
期刊論文
[1]電沉積法制備低碳鋼超疏水表面及其耐蝕性能[J]. 豐少偉,張曉東,陳宇,張昭.  材料保護. 2019(05)
[2]微納結構超疏水表面的浸潤性分析及設計[J]. 馬國佳,鄭海坤,常士楠,王碩碩.  化學學報. 2019(03)
[3]一步電沉積法制備超疏水Cu網及其耐腐蝕和油水分離性能[J]. 趙婷婷,康志新,馬夏雨.  金屬學報. 2018(01)
[4]磁粉電火花毛化制備鋁基超疏水表面[J]. 程杰,于兆勤,劉江文,郭鐘寧,楊逍瀟.  機電工程技術. 2017(09)
[5]層層自組裝SiO2/木材復合材料的超疏水性及其形成機制[J]. 盧茜,胡英成.  功能材料. 2016(07)
[6]超疏水鋁合金表面的制備及耦合機理分析[J]. 彎艷玲,廉中旭,婁俊,于化東.  中國表面工程. 2014(04)
[7]天然超疏水生物表面研究的新進展[J]. 高雪峰,江雷.  物理. 2006(07)



本文編號：3027552