以植物结构为模板制备超疏水锌、钴、镍及其疏水性能研究

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金属超疏水材料是一种憎水性材料,可以杜绝水对金属表面的浸润,因而具有防水、防覆冰、防腐蚀和自清洁等优秀性能,广泛应用于金属防腐防污、船舶水下减阻、制冷抗冷凝等领域。传统方法通过人工手段模仿荷叶等天然超疏水结构制备出金属超疏水材料,但无法完全复刻细微精致的天然生物结构,难以获得优秀的超疏水性能。近年来,遗态法制备超疏水材料引起了越来越多的关注,该方法可以精确地复制植物模板的结构,控制材料的化学组成,制备出结构复杂、疏水性优秀的金属疏水材料。本文采取师法自然的思想,研究了以箬叶、白松木、胡桃木为模板制备钴、锌、镍金属超疏水材料的方法:先将植物模板碳化获得结构粗糙的碳素模板,然后将碳素模板作为阴极,在其表面进行电镀,获得具有相似构造的金属镀层,再经硅烷偶联剂表面改性,制得具有生物结构的金属超疏水材料。实验探索了电镀液浓度、电流密度及电镀时间对金属超疏水材料疏水性能和形貌的影响,主要研究内容与结果如下:(1)以碳化箬叶为模板通过电镀的方法制备遗态钴材料,结果表明:实验以模板乳突结构为基础构建了针片状的微纳米复合表面,制得疏水性优异的钴材料,静态接触角最高达到155°。(2)利用具有多孔表面结构的白松木为模板制得遗态锌材料,结果表明:木材可以提供有利的结构优势,锌在微米孔结构上生长出花瓣状二级结构,形成复杂的粗糙表面,有效提升疏水性。样品表观接触角最高达到154°,滚动角仅为5°。(3)将碳化后的胡桃木作为模板,通过电镀法获得镍层,后高温有氧烧结去除碳模板制得镍镀层,结果表明:镍片表面形成与胡桃木微孔互补的结构,其接触角可达150°。(4)实验中探索了电镀液浓度,电流密度和电镀时间对微观结构和疏水性能的影响。结果表明电镀参数在电化学反应过程中影响着晶粒生长方式、沉积速率、镀层均匀性等,合适的电镀参数决定着样品的表面形貌和疏水性能。
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