金屬基體上超疏水表面的制備研究.pdf

1、近幾年來，與水的接觸角大于150°的超疏水表面引起了極大的關(guān)注，因為它在自清潔材料、微流體裝置以及生物材料等許多領(lǐng)域中有著極其重要的應(yīng)用前景。這種表面的典型實例是自然界的荷葉表面，水滴在表面上可以自由滾動，當(dāng)水滴(如雨水)滾動時可以將附著在表面上的灰塵等污染物帶走，從而使表面保持清潔。研究發(fā)現(xiàn)，荷葉表面的超疏水性是由于表面上微米結(jié)構(gòu)與納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合的階層結(jié)構(gòu)以及表面上蠟狀物的存在共同引起的。目前，通過剪裁表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)，人們已經(jīng)制備出了

2、許多人工超疏水表面，所用方法有：微機械加工法、激光或等離子體刻蝕法、物理或化學(xué)氣相沉積法、陽極氧化法、電化學(xué)沉積法、溶膠—凝膠法、靜電紡紗法、聚電解質(zhì)交替沉積法等。然而，現(xiàn)有的這些方法大多需要特殊的加工設(shè)備或復(fù)雜的工藝過程。因此，發(fā)展簡單方便的超疏水表面制備技術(shù)仍然是一項具有挑戰(zhàn)性的研究課題。 本論文報道了三種簡單方便的超疏水表面制備技術(shù)，成功地在鋁、銅、鋅、鈦等金屬基體上獲得了超疏水表面。 (1)采用位錯刻蝕劑對鋁、銅

3、、鋅基體表面進(jìn)行化學(xué)刻蝕，然后用氟烷基硅烷對刻蝕后的表面進(jìn)行疏水化處理。用掃描電鏡和接觸角測量等技術(shù)對表面進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)化學(xué)刻蝕后，鋁表面上產(chǎn)生了一個“迷宮”結(jié)構(gòu)，銅表面上產(chǎn)生了一個由微米級凹坑和納米級顆粒組成的階層結(jié)構(gòu)，鋅表面上產(chǎn)生了一個由微米“山丘”和納米凹槽組成的階層結(jié)構(gòu)。再經(jīng)氟化處理后，這些表面都表現(xiàn)出超疏水性，與水的接觸角大于150°，且滾動角小于10°(8μL水滴)。此外，文中引入的位錯蝕坑概念對于在其它金屬基體上

4、制備超疏水表面也有著重要的意義。 (2)采用過硫酸鉀和氫氧化鉀的混合溶液對銅基體進(jìn)行表面氧化，然后用氟烷基硅烷對氧化后的表面進(jìn)行疏水化處理。用掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、接觸角測量等技術(shù)對表面進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)氧化處理后，銅表面上形成了一層具有花朵狀納米結(jié)構(gòu)的CuO膜。每朵納米花由數(shù)十個長約2μm、寬約120nm、厚約12nm的CuO納米片自組裝而成。再經(jīng)氟化處理后，CuO納米花膜表現(xiàn)出超疏水性，與水的接觸角達(dá)到約15

5、8°，滾動角約10°(5μL水滴)。此外，文中提出的納米花生長機理為控制納米材料的三維結(jié)構(gòu)提供了一些新的認(rèn)識。 (3)采用氫氟酸刻蝕和雙氧水處理的兩步過程在鈦基體表面上建構(gòu)粗糙結(jié)構(gòu)，然后用氟烷基硅烷對表面進(jìn)行疏水化處理。用掃描電鏡、原子力顯微鏡、X射線衍射、接觸角測量等技術(shù)對表面進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)兩步處理后，鈦表面上形成了一個由微米級凹坑和亞微米級多孔膜組成的階層結(jié)構(gòu)。經(jīng)氟化處理后，這種階層結(jié)構(gòu)表面與水的接觸角達(dá)到約163