仿生超疏水及超滑膜层的制备及其性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:littlerabit75
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人们仿照自然界荷叶表面设计制备出了超疏水表面,超疏水材料也因其具有防雪、抗氧化、自净、防污染、防腐等方面性能备受关注。但随着工业的发展,超疏水材料已经无法满足工业材料的需求,如无法在极端条件下实现应用等,发展新型仿生材料是工业材料未来发展的必然趋势。本论文以镁合金及铝为基体,分别采用一步浸泡法、电化学阳极氧化法及溶液浸渍自组装的方法得到了超疏水表面及超滑表面。通过SEM、XRD、FT-IR、XPS等分析测试手段对所制备的产物的形貌、结构、组成及基体结合情况进行研究,并且采用电化学测试法(EIS及IE)对所制备膜层的抗腐蚀性能进行分析。通过简单的一步溶液浸渍法在镁合金表面制备出多级花状结构的超疏水膜层,通过扫描图对比观察到随着浓度及浸泡时间的增加,表面粗糙结构越明显,疏水性增加。确定在浓度为3 %十八烷基三氯硅烷为临界浓度,浸泡6 h为临界时间。通过接触角对比得知,经过3 %的十八烷基三氯硅烷乙醇溶液浸泡6 h、12 h、24 h、36 h均形成了超疏水膜层,其接触角约为159℃。通过电化学对四种超疏水膜层的抗腐蚀性能进行测试得知,四种超疏水表面的阻抗值均大于空白镁合金的阻抗值,且电流密度下降了 3个数量级。通过两步电化学阳极氧化在纯铝片表面制备出片层多孔结构,基于这种片层多孔结构能够储存润滑液的特性,依次经过甲基硅油、氟硅烷及润滑液浸泡,制备出具有良好性能的超滑表面。超滑表面置于18 ℃、-15 ℃及-30 ℃下15 min,表面未出现任何变化,说明表面具有良好的抗冰性能;并且不同液体及动物无法在表面上停留。通过电化学数据分析,超滑表面在3.5 %NaCl溶液中分别浸泡25 h、50 h、295 h和1008 h后,后两者的阻抗模值较前两者的阻抗模值增加了 4个数量级,较纯铝片增加了 5个数量级。以纯铝片为基底,通过电化学阳极化得到片层多孔的阳极氧化铝,通过水热法分别在阳极氧化铝及纯铝表面生长一层片状结构的四氧化三钴,经过润滑液浸泡后得到两种多级片层结构的超滑表面。片状结构的四氧化三钴与片层孔状的基底结合增加了基底表面的孔隙度,从而更加有效地抑制润滑液的流失。通过测试不同pH液体在两种放置两个月的超滑表面上的接触角得知,生长四氧化三钴的阳极氧化铝超滑表面未发生改变,而生长四氧化三钴的纯铝片超滑表面的接触角和滚动角均变大,且已失去超滑性能。通过电化学测试两种超滑表面的抗腐蚀性能得知,生长四氧化三钴的阳极氧化铝超滑表面的阻抗模值较生长四氧化三钴的纯铝超滑表面的阻抗模值高一个数量级。
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