钢铁表面超疏水膜的制备与表征
超疏水固体表面的制备及其量化表征
超疏水固体表面的制备及其量化表征
超疏水固体表面的制备及其量化表征
超疏水表面是指对水的接触角θ超过150°且滚落角α低于2°的固体表面,用来解释超疏水现象的两种经典理论分别是Wenzel模型和Cassie模型.在表征表面超疏水性时,除常用的θ、α外,接触角滞后△θ、斜面上液滴滞留在材料表面上的最大半径Rc、两种状态转化时的临界压力△p以及液滴落下后能反弹的临界撞击速度Vc也是非常重要的参数.依据表面微细结构和低表面自由能是构成超疏水表面的两个重要条件,阐述了通过在疏水表面构建表面微细结构和用低表面能物质修饰粗糙表面这两种方法制备超疏水表面,并提出了今后研究中应该注意的一些问题.
作者：叶霞周明蔡兰李保家杨加宏蒋大林 YE Xia ZHOU Ming CAI Lan LI Bao-jia YANG Jia-hong JIANG Da-lin 作者单位：叶霞,YE Xia(江苏大学光子制造科学技术中心,江苏,镇江,212013;江苏技术师范学院机械与汽车工程学院,江苏,常州,213015)
周明,蔡兰,李保家,杨加宏,蒋大林,ZHOU Ming,CAI Lan,LI Bao-jia,YANG Jia-hong,JIANG Da-lin(江苏大学光子制造科学技术中心,江苏,镇江,212013)
刊名：材料科学与工程学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 年，卷(期)：2007 25(4) 分类号：O647 关键词：超疏水浸润接触角表面微细结构表面自由能。
材料科学中的超疏水表面设计与制备
材料科学中的超疏水表面设计与制备材料科学是一个旨在改良和创新材料的学科，其中包括对材料的性能、结构以及制备方法的研究。
在当今社会中，涂层技术和表面工程是材料科学中的重要领域之一。
超疏水表面是其中的研究热点之一，其具有广泛的应用前景，如抗污染涂层、液滴运动控制和液体分离等。
疏水性指的是材料与液体接触时产生的界面接触角大于90°。
而超疏水性表面是指当液体滴在材料表面时，滴体会形成几乎完全的球形，界面接触角可达150°到180°。
超疏水表面的设计与制备是要在材料表面上形成一层具有高度微纳结构的薄膜，使水滴在其表面上产生极小的接触区域和接触时间，形成高度的疏水性。
超疏水表面的设计和制备可以通过多种方法实现。
其中一种方法是通过化学涂覆材料表面。
化学涂覆通常是将一系列化学物质混合，并施加于材料表面。
这种方法的关键是控制涂层的厚度和组分，从而实现理想的超疏水性。
例如，在表面工程中，利用纳米颗粒的组合可以实现高度疏水性，并有效地控制液体的滑动性能。
此外，采用溶胶-凝胶法制备的材料也可以用于超疏水表面制备。
该方法通常涉及将溶胶浸泡于材料表面，然后通过烘烤等处理，使溶胶转变为凝胶，从而形成具有高度微纳结构的表面。
除了化学涂覆外，材料的微纳结构也可以通过物理处理方法来制备。
例如，通过激光刻蚀和电子束雕刻等方法，可以在材料表面制备微米和纳米级别的结构。
这些结构可以有效地改变材料表面的形貌，从而实现超疏水性。
此外，一些特殊的物理方法，如上述的物理刻蚀以及反应离子镀、溅射和热喷涂等方法，也可以用于超疏水表面的制备。
超疏水表面的设计不仅仅局限于上述提到的方法，还可以通过生物模仿和自组装等方法来实现。
生物模仿方法是通过模仿自然界的生物表面结构来设计超疏水表面。
例如，莲花叶面上的微纳结构使其具有超疏水性，这种结构可以通过光刻等方法在材料表面制备。
此外，利用聚合物自组装的方法也可以实现超疏水表面的制备。
超疏水薄膜的制备与表征 (1)
西北师范大学硕士学位论文超疏水薄膜的制备与表征姓名：薛再兰申请学位级别：硕士专业：分析化学指导教师：杨武;高锦章2008-06摘 要固体的表面润湿性，是固体表面的一个重要特征，也是自然界、日常生活中最常见的界面现象之一。
作为润湿性中的极端情况，接触角大于150°的超疏水表面因为它在自清洁材料、微流体装置以及生物材料等许多领域中有着良好的应用前景，所以引起了各国学者的极大关注。
一般来说，超疏水表面可以通过两种方法制备：一种是在低表面能材料的表面构建粗糙结构；另一种是在粗糙的表面上修饰低表面能的物质。
目前，超疏水表面材料的制备由于工艺的限制，以及粗糙表面通常会影响到材料的使用性能，使该材料尚未得到普遍应用。
因此采用简单的工艺制备具有良好使用性能的超疏水材料是该领域的研究热点。
本论文在前人工作的基础上，用三种简单方法成功制备了超疏水纳米薄膜，研究表明，微∕纳米复合结构对超疏水性表面有着重要的影响。
论文共分四部分：第一章 文献综述本章从最基本的润湿性概念出发，阐明超疏水的相关理论，进一步总结出目前制备超疏水材料的常用方法及应用前景，并提出本论文的设计思路。
第二章接触辉光放电等离子体引发全氟辛酸丙烯酯-甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合及其成膜表面特性的研究本章以全氟辛酸丙烯酯（实验室合成）、甲基丙烯酸甲酯为单体，用聚乙烯醇为分散剂，以水为介质，采用等离子体引发悬浮聚合方法制备了全氟辛酸丙烯酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物。
利用红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角仪、热分析仪等测试方法对薄膜的结构、表面元素组成、热稳定性与润湿等性能进行了表征和分析，结果表明：由于薄膜表面含有能降低表面能的F元素，具有良好的超疏水性能和热稳定性，水滴在该薄膜上的最大静态接触角为137°。
第三章溶胶-凝胶法制备超疏水性OTS-SiO2复合薄膜本章以正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体，采用酸/碱两步溶胶-凝胶法和自组装技术制备了具有超疏水性的薄膜。
碳钢表面超疏水膜的制备及其防腐蚀性能研究
碳钢表面超疏水膜的制备及其防腐蚀性能研究碳钢作为一种重要的工程材料,在交通、建筑、机械制造、航天等行业有重要作用,但是在使用过程中,碳钢常常因为腐蚀而变质。
从热力学角度来讲,金属的腐蚀是自发进行的,因此金属的腐蚀具有普遍性。
金属的变质会造成经济的损失,环境的污染,资源的浪费,甚至会造成严重的安全事故。
因此研究碳钢的防腐蚀问题具有重要意义。
金属腐蚀可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀,其中电化学是最重要的研究对象。
电化学腐蚀往往与周围环境有关,周围环境中腐蚀介质向金属表面迁移并接触是发生电化学腐蚀的必要条件。
阻碍金属与周围环境的接触可以有效的减缓其腐蚀速度。
金属表面的超疏水膜因为其憎水性质,可以有效的抑制腐蚀介质在碳钢表面的扩散,其特殊的粗糙结构可以储存空气,减少腐蚀介质与金属的接触面积,因而被大量科研人员应用于防腐蚀中。
聚苯胺是一种具有防腐蚀性能的高分子材料。
因为其氧化还原性质可以在碳钢表面形成一层钝化膜,达到防腐蚀的目的。
利用超疏水表面的憎水性质和聚苯胺优良的防腐蚀性能,将两者结合应用于防腐蚀,可以更有效的提高涂层对基体的保护作用。
本文首先采用电纺丝的方法,在碳钢表面构建了一层超疏水薄膜。
聚苯乙烯在强电场的作用下,形成纳米尺寸的纤维丝并在碳钢表面沉积,得到超疏水膜,其接触角可以达到157。
但是该疏水膜与碳钢的作用力很弱,不能满足工业应用时对膜机械强度的要求。
因此,利用聚二甲基硅氧烷改性过的二氧化硅纳米粒子与环氧树脂共混,采用提拉法在碳钢表面构建一层防腐蚀膜。
通过改变二氧化硅粒子的含量,制备出具有不同疏水性的防腐蚀膜,当纳米粒子含量为34.7%时,其静态接触角达到159。
通过扫描电镜分析膜表面形貌,发现其表面布满纳米粒子,并且具有一些微孔,使其具有微纳米粗糙结构。
通过电化学测试其防腐蚀性能。
发现该疏水膜具有优良的防腐蚀效果。
但是当经过一段时间的浸泡之后,当疏水膜被破坏时,其防腐蚀性能很快失去作用。
超疏水材料的制备及其表征
超疏水材料的制备及其表征近年来，超疏水材料在各个领域被广泛应用。
超疏水材料的制备和表征成为了当前研究的热点问题。
本文将介绍超疏水材料的制备方法及其表征手段。
一、超疏水材料的制备方法超疏水材料的制备方法主要包括可控表面粗糙化、表面化学修饰和特殊涂层三种方法。
1.可控表面粗糙化可控表面粗糙化是制备超疏水材料的一种常用方法。
通过长期算法、电解蚀刻、阳极氧化等方法，可以在普通表面上形成各种化学及物理结构的表面粗糙化。
通过不同结构和尺度的表面粗糙化可以得到不同类型的超疏水材料。
2.表面化学修饰表面化学修饰通常是通过改变表面化学功能团或化学键的种类和密度等手段来实现的。
这种方法一般用于特殊场合，例如在生物医学领域制备超疏水材料等。
3.特殊涂层特殊涂层是制备超疏水材料的另一种方法。
通过是原位合成、溶液浸渍、离子束沉积、以及等离子体蒸汽沉积等方法，可以在普通表面上添加不同材料的涂层，从而得到不同类型的超疏水材料。
二、超疏水材料的表征手段超疏水材料的表征手段主要包括显微镜、接触角计、气-液吸附法及表面粗糙度计等。
1.显微镜针对表面微观结构的研究，显微镜是一种好的表征手段。
分别可以利用扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等技术来研究其表面结构与形貌。
2.接触角计接触角是表征超疏水性的关键指标之一。
通过测量角度可以获得材料与液体的表面张力，并根据静电学的理论公式进行计算。
当接触角大于150度时，即可认为材料为超疏水性。
3.气-液吸附法气-液吸附法可以直接测定材料孔径及比表面积。
该手段用于评价材料内部微结构与机理。
4.表面粗糙度计表面粗糙度计是一个用于测量材料表面形貌参数的工具。
通过测量表面高度和微观成分等参数来获得显示材料表面粗糙度的图像。
三、结论目前，超疏水材料的制备和表征技术已经比较成熟。
通过对超疏水材料的表征，可以更加深入地理解其性质和应用场景，从而更好地推动超疏水材料的研究和应用。
未来随着化学和材料领域的不断发展，相信超疏水材料会有更多的应用前景。
超疏水表面的制备 结构与性能研究
3、抗腐蚀性能：通过浸泡实验和电化学测试，评估制备的超疏水金属表面在 腐蚀环境中的抗腐蚀性能。
五、结果与讨论实验结果表明
六、结论本次演示研究了仿生超 疏水金属表面的制备工艺和性能 测量方法
展望未来，超疏水表面在各个领域的应用前景仍然广阔。本次演示的研究成果 对实际应用具有一定的指导意义，但仍需从以下方面进行深入研究：1）优化 制备工艺，提高超疏水表面的批量生产能力；2）研究超疏水表面的抗生物污 损性能，拓展其在生物医学领域的应用；3）探究超疏水表面在其他极端环境 （如高温、低温、强辐射等）下的稳定性和耐久性。
参考内容二
摘要：本次演示旨在研究仿生超疏水金属表面的制备工艺和性能测量方法。首 先，本次演示介绍了超疏水表面的相关理论和知识，为后续制备和性能研究提 供理论基础。接着，本次演示详细阐述了仿生超疏水金属表面的制备工艺和方 法，包括表面微结构加工、低表面能物质修饰等关键环节。
最后，本次演示介绍了性能测量方法，对制备出的仿生超疏水金属表面进行了 水滴接触角、耐久性和抗腐蚀性能等指标的测量和分析。实验结果表明，所制 备的仿生超疏水金属表面具有优异的水滴接触角、耐久性和抗腐蚀性能。
3、表面修饰法：采用表面修饰法将低表面能物质与金属表面牢固结合，提高 其耐久性和稳定性。
四、性能测量方法为评估仿生超 疏水金属表面的性能，本次演示 采用以下方法进行测量：
1、水滴接触角：通过静态接触角测量仪测量水滴在表面上的接触角，评估其 疏水性能。
2、耐久性：通过摩擦实验和热稳定性实验，考察制备的超疏水表面在不同条 件下的耐久性和稳定性。
2、低表面能物质：低表面能物质如氟化物或硅氧烷可以显著降低表面的水滴 滚动阻力。通过选择合适的低表面能物质和制备工艺，可以获得具有优异超疏 水性能的表面。
超疏水材料的制备与表面性能研究
超疏水材料的制备与表面性能研究近年来，超疏水材料的研究与应用引起了广泛的关注。
超疏水材料是一种具有特殊表面结构的材料，其能表现出极高的疏水性，使水滴在其表面上呈现出珠滚花落的效果，同时还具有自清洁、耐腐蚀等优异的特性。
本文将从超疏水材料的制备和表面性能两个方面进行探讨。
一、超疏水材料的制备过程超疏水材料的制备主要依赖于表面结构的设计与调控。
在制备过程中，常用的方法包括化学法和物理法两种。
化学法制备超疏水材料主要采用溶液沉积、聚合和电化学方法。
其中，溶液沉积法是最常用的方法之一。
通过将含有超疏水材料前驱体的溶液滴于基底表面，经过烘干和固化处理后，形成呈现出特殊表面结构的超疏水材料。
聚合法则是通过聚合反应在基底表面生成超疏水材料。
而电化学方法则是在电解液中通过电极反应形成超疏水材料的表面结构。
物理法制备超疏水材料则主要包括模板法和激光刻蚀法。
在模板法中，首先制备模板，并将其与材料基底相结合，通过复制模板的方式获得超疏水材料。
激光刻蚀法则是通过使用精细的激光刻蚀技术在材料表面上形成特定结构，从而实现超疏水性能。
二、超疏水材料的表面性能研究超疏水材料的表面性能主要通过接触角来进行评价。
接触角是指液滴与超疏水材料表面发生接触时液滴与材料之间的角度。
一般来说，超疏水材料的接触角应当大于150度。
超疏水材料的表面性能研究除了接触角外，还包括耐沉积、耐剪切和自清洁性等方面。
耐沉积性是指液滴在超疏水材料表面上难以形成稳定的液体膜，从而防止杂质的沉积。
这一性能可应用于防止腐蚀和尘埃积聚。
耐剪切性是指液体在超疏水材料表面上具有较高的滚动角动量，使得液滴在受到外力时能够迅速滑落，从而减少液滴与材料的接触面积，降低其黏附性。
这一性能可应用于防止冰、水、油等液体的黏附。
自清洁性是指超疏水材料表面由于其特殊结构，使得水滴在表面上滚动时能够带走附着在其上的尘埃和污染物，实现自动清洁效果。
以上三个方面的性能对于超疏水材料的应用具有重要意义，从而在多个领域中得到广泛的运用。
超疏水涂层的制备方法
超疏水涂层的制备方法超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的涂层，能够使涂层表面具有极强的疏水性能，使液体在其表面形成高度球形滴，并迅速滚落。
超疏水涂层的制备方法有多种，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学法制备超疏水涂层化学法是制备超疏水涂层的常用方法之一。
该方法通过改变涂层表面的化学组成和结构，使其表面具有较高的疏水性。
常用的化学法包括溶液浸渍法、沉积法和化学修饰法等。
溶液浸渍法是一种简单且经济的制备超疏水涂层的方法。
该方法将含有疏水性物质的溶液浸渍到基材表面，通过溶液中的疏水性物质沉积在基材表面，形成超疏水涂层。
常用的疏水性物质有氟碳化合物、硅烷类物质等。
沉积法是将疏水性物质通过物理或化学方法沉积在基材表面，形成超疏水涂层。
常用的沉积方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法等。
通过调控沉积条件和沉积时间等参数，可以使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能。
化学修饰法是通过化学反应改变基材表面的化学组成和结构，使其具有超疏水性。
常用的化学修饰方法有氧化、硫化、氮化等。
通过调控修饰剂的浓度、温度和反应时间等参数，可以实现对涂层表面化学性质的调控，从而获得超疏水涂层。
2. 物理法制备超疏水涂层物理法是制备超疏水涂层的另一种常用方法。
该方法通过改变涂层表面的物理结构，使其具有较高的疏水性。
常用的物理法包括模板法、溶剂挥发法和电沉积法等。
模板法是一种通过模板的作用使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能的方法。
常用的模板材料有聚合物模板、金属模板等。
通过在模板上沉积涂层材料，然后将模板去除，可以获得具有微纳米结构的超疏水涂层。
溶剂挥发法是一种通过溶剂的挥发使涂层表面形成微纳米结构的方法。
该方法将含有聚合物材料的溶液涂覆在基材表面，然后通过溶剂的挥发，使涂层表面形成微纳米结构，从而增加涂层的疏水性能。
电沉积法是一种通过电化学反应在基材表面沉积涂层材料，使其形成超疏水涂层的方法。
通过调控电流密度、电解液成分和电沉积时间等参数，可以控制涂层的微纳米结构和化学组成，从而获得具有超疏水性的涂层。
超疏水表面的制备与性能研究
超疏水表面的制备与性能研究哎呀，说起超疏水表面，这可真是个有趣又神奇的话题！先给您讲讲我之前的一次经历吧。
有一回我去参加一个科技展览，看到了一个展示超疏水表面的小实验。
实验人员拿着一块看似普通的材料，往上面倒了一滩水，神奇的事情发生了！那水就像一颗颗晶莹的珠子，在材料表面滚来滚去，就是不渗进去。
我当时就被深深吸引住了，心里充满了好奇和疑问：这到底是怎么做到的呀？咱们先来说说超疏水表面是怎么制备的。
简单来说，就像是给材料穿上一层特殊的“防护服”。
这“防护服”的制作方法可有不少呢。
比如说，化学刻蚀法，就像是用化学试剂这个“小刻刀”在材料表面精心雕琢，刻出微小的粗糙结构，让水不容易附着。
还有物理气相沉积法，就像是给材料表面“喷”上一层特殊的物质，形成超疏水的效果。
就拿化学刻蚀法来说吧，咱们得先选好合适的化学试剂，这就像是选做菜的调料一样，可不能马虎。
然后控制好反应的时间和温度，时间短了、温度低了，效果出不来；时间长了、温度高了，又可能把材料给“毁”了。
这个过程中，实验人员得像个细心的大厨，时刻盯着锅里的菜，稍有不对就得赶紧调整。
再说说物理气相沉积法，这就有点像给墙壁喷漆。
要把特殊的物质均匀地“喷”在材料表面，形成一层薄薄的膜。
这“喷漆”的过程可不简单，喷枪的距离、喷射的速度，都得把握得恰到好处，不然这膜就不平整，超疏水的效果也就大打折扣了。
那超疏水表面都有啥性能呢？首先，它的防水性能那是杠杠的！不管是雨水还是其他液体，在它面前都很难渗透进去。
这就像是给物体穿上了一件“雨衣”，能让物体始终保持干爽。
比如说，咱们常见的雨伞，如果伞面是超疏水的，那雨水一落到上面就会迅速滚落，不会让伞面湿哒哒的。
而且超疏水表面还有自清洁的功能呢！灰尘、污垢这些脏东西很难附着在上面，就算沾上了，只要有一点水流过，就能把它们轻松带走。
想象一下，如果建筑物的外墙是超疏水的，那是不是就不用经常费力地去清洗了？还有哦，超疏水表面在抗腐蚀方面也表现出色。
化学-电化学两步法快速制备304不锈钢超疏水表面
化学/电化学两步法快速制备304不锈钢超疏水表面作者简介：尹小荷（1987-）女，辽宁铁岭人，硕士学位，物理学凝聚态方向。
引言：现阶段，人们所研究的超疏水表面，大部分都是针对有机材料，而对金属表面上超疏水表面的制备不够重视。
不锈钢作为一种非常常见的多功能材料，以其优越的耐腐蚀性和装饰性在各个领域中都有十分广泛的应用[1]。
在低温的情况下，表面结冰容易对日常生活和人的生命造成危害，所以不锈钢的表面的润湿性是非关键的、需要解决的问题。
不锈钢超疏水表面的制备方法，主要分成两类：一是化学法[2]，一类是电化学法[3]。
微米/纳米二元复合结构，是超疏水表面制备的重点和难点[4]。
化学腐蚀可以制造微米级粗糙结构，电化学腐蚀可以制造纳米级粗糙结构。
本文使用化学腐蚀/电化学阳极氧化两步法，在304不锈钢表面制造低表面能表面。
即用化学腐蚀制备微米级粗糙结构，然后用电化学阳极氧化制备纳米级结构。
这结合了化学腐蚀和电化学阳极氧化的优势，效率高，而且对设备的要求低，具有比较广泛的应用前景。
一、实验部分1、实验材料和仪器304不锈钢片，纳米304不锈钢片，超声振荡清洗仪，直流电源，恒温浴槽，扫描电子显微镜（dsa100），接触角测量仪，丙酮，无水乙醇，去离子水，盐酸，硫酸，磷酸，丙三醇，钼酸钠2、实验方法（1）不锈钢片处理将不锈钢片切割为10mm×10mm×1mm的方形片，依次经过180#，360#，600#，800#，1200#砂纸打磨，然后依次经过2.5和1.5研磨膏抛光。
最后用丙酮、乙醇、去离子水分别超声清洗5min，烘干备用。
（2）化学腐蚀将304不锈钢片和纳米304不锈钢片和浸泡在不同浓度盐酸中腐蚀。
（3）电化学腐蚀阳极为不锈钢片，阴极为铅板，电解质选用30%硫酸+30%磷酸+丙三醇[5]，体积比1：1：1。
电流密度为25ma/cm，间距10mm，温度65-70℃。
将经过化学腐蚀的不锈钢片进行阳极氧化。
超疏水表面材料的制备与润湿性能研究
超疏水表面材料的制备与润湿性能研究近年来，随着科技的不断发展，人们对材料特性的研究也越来越深入。
超疏水表面材料作为一种具有特殊润湿性能的材料，在油水分离、液体滴落等领域展现出巨大的潜力。
本文将介绍超疏水表面材料的制备方法以及润湿性能的研究。
一、超疏水表面材料的制备超疏水表面材料的制备可以采用物理与化学方法相结合的方式。
其中，常见的物理方法包括微纳加工技术和自组装技术。
微纳加工技术通过利用光刻、电子束曝光等手段，在材料表面形成微米或纳米级别的结构，从而实现超疏水性。
而自组装技术则利用分子间的相互作用，在表面构建特殊结构，达到超疏水效果。
化学方法主要是通过特定的化学反应或表面修饰来制备超疏水表面材料。
例如，利用化学反应在材料表面修饰纳米颗粒，可以实现一种具有微观结构的超疏水表面。
而利用化学反应或热处理改变材料表面的能量状况，则可从能学角度调控材料的润湿性能。
二、超疏水表面材料的润湿性能研究超疏水表面材料的润湿性能研究主要包括接触角测量和液滴形状分析两种方法。
接触角测量是一种常见的液滴测量方法，通过测量液滴与材料表面的接触角来评估润湿性能。
一般情况下，超疏水表面的接触角大于150度，而超疏水材料则可以达到接近180度的极值。
液滴形状分析则是通过对液滴形状的测量和分析，得到液滴在不同表面的接触角和液滴的挺立高度等参数。
通过这些参数，可以进一步了解超疏水表面材料的润湿性能和持久性。
除了润湿性能的基本研究外，人们还在探索超疏水表面材料在实际应用中的潜在价值。
例如，超疏水表面材料在油水分离技术中的应用已经取得了一定的突破。
在这种应用中，超疏水材料可以将油滴分离出水中，从而实现高效的油水分离。
此外，超疏水表面材料在液体滴落方面的研究也引起了广泛关注。
通过控制液滴在超疏水材料表面的行为，可以实现液体的滴吸和微液滴的收集，为微流控和微胶囊制备等领域提供了新的解决方案。
总结起来，超疏水表面材料的制备与润湿性能研究是当前材料领域研究的热点之一。
超疏水金属材料的制备与性能研究
超疏水金属材料的制备与性能研究导语：在日常生活中，我们常常会遭遇到如墙壁上的液体污渍、汽车挡风玻璃上的雨水等问题。
如果这些表面具有较好的疏水性，液体将会迅速滑落而不残留，给我们的生活带来极大便利。
近年来，科学家们通过研究发现，制备超疏水金属材料可以有效解决这些问题。
本文将介绍超疏水金属材料的制备方法和性能研究。
一、超疏水金属材料的制备方法1. 表面纳米结构化法超疏水金属材料的核心在于其表面的微纳米结构。
科学家们通过表面纳米结构化法制备超疏水金属材料。
这种方法可以利用化学腐蚀、电化学沉积、溶液旋涂等技术，在金属材料表面形成微纳米结构。
这些微纳米结构可以增加金属表面的接触角，使液体无法在表面上保持稳定的液膜，从而实现超疏水的效果。
2. 表面改性法除了表面纳米结构化法，表面改性法也是制备超疏水金属材料的常用方法之一。
这种方法在金属表面涂覆一层特殊的材料，如聚氨酯、聚合物等，以改变金属表面的性质。
这些涂层具有较高的疏水性，可以使金属表面呈现出超疏水的效果。
同时，这种方法还可以通过调节涂层的粗糙度和厚度等参数来实现不同程度的疏水性。
二、超疏水金属材料的性能研究1. 液滴滑行性能研究超疏水金属材料的一个重要性能指标是液滴在其表面的滑行性能。
科学家们通过实验研究发现，制备的超疏水金属材料可以使液滴在其表面迅速滑行，而不会残留。
这种滑行性能不仅便于除去表面的液体污渍，还可以减少水滴在汽车挡风玻璃上的滞留，提高行车安全。
2. 自清洁性能研究超疏水金属材料的另一个重要性能是自清洁性能。
科学家们通过观察发现，超疏水金属材料表面的微纳米结构和涂层能够阻碍污渍的吸附，并且当有雨水等清洗液体作用时，这些污渍会随之被冲刷走。
而在干燥的天气条件下，超疏水金属材料的表面也能自动振荡，进一步清除附着的污渍，保持表面的干净。
3. 光学性能研究超疏水金属材料的微纳米结构和涂层还可以对光学性能产生影响。
科学家们发现，通过调节微纳米结构的形状和密度，可以使超疏水金属材料具有特殊的光学效果，如光学反射、折射等。
超疏水涂层的制备
超疏水涂层的制备
嘿，朋友！你知道超疏水涂层吗？这玩意儿可神奇啦！简单来说，超疏水涂层就是一种表面能特别低的涂层，水在它上面就像在荷叶上一样，几乎不会沾湿，会形成水珠滚来滚去。
它能让各种材料表面拥有超强的疏水性能，无论是金属、塑料还是玻璃，都能变得超级防水。
超疏水涂层的制备方法
1. 化学气相沉积法
这个方法就像是给材料表面做一场“化学魔法”。
通过气体的化学反应，在材料表面沉积出一层薄薄的超疏水涂层。
就好像是给材料穿上了一层超级防水的“魔法外衣”。
2. 溶胶凝胶法
这种方法呢，先把各种化学物质混合成溶胶，然后经过一系列处理变成凝胶，最后涂在材料表面。
听起来有点复杂，但是效果可是杠杠的！
3. 静电纺丝法
想象一下把材料“纺”成细丝，然后在细丝上形成超疏水涂层。
是不是很有趣？这种方法能让涂层的结构更加精细，疏水效果也更好。
超疏水涂层制备的注意事项
1. 材料的选择要合适
不同的材料可能需要不同的制备方法和处理步骤，所以一定要选对材料哦，不然可就白忙活啦。
2. 实验环境要干净
一点点的灰尘或者杂质都可能影响涂层的质量，所以一定要保证实验环境的清洁。
3. 操作步骤要严谨
每一个步骤都要按照规定来，不能马虎，不然可能得不到理想的超疏水涂层。
怎么样，是不是对超疏水涂层的制备有了一些了解呢？。
超疏水表面的制备与性能研究
超疏水表面的制备与性能研究在当今科技不断发展的时代，超疏水表面因其独特的性能引起了广泛的关注和研究。
超疏水表面通常是指与水的接触角大于 150°，滚动角小于10°的表面。
这种表面具有自清洁、防腐蚀、抗结冰等优异性能，在许多领域都有着广阔的应用前景，如航空航天、建筑、生物医学等。
超疏水表面的制备方法多种多样，常见的有以下几种：化学刻蚀法是一种较为传统的制备方法。
通过使用强酸、强碱等化学试剂对材料表面进行刻蚀处理，从而形成微观粗糙结构。
例如，使用氢氟酸刻蚀硅表面，可以得到具有一定粗糙度的结构。
但这种方法往往存在环境污染和对材料本身性能可能造成损害的问题。
模板法是利用具有特定结构的模板来制备超疏水表面。
例如，以多孔氧化铝模板为基础，通过电沉积或化学沉积等方法在模板的孔隙中填充材料，然后去除模板，就可以得到具有规则微观结构的超疏水表面。
这种方法能够精确控制表面结构，但模板的制备和去除过程较为复杂。
溶胶凝胶法是一种制备超疏水涂层的常用方法。
将前驱体在溶液中进行水解和缩合反应，形成溶胶，然后通过涂覆、干燥等工艺在基底表面形成凝胶涂层。
通过调整反应条件和添加适当的改性剂，可以控制涂层的粗糙度和化学组成，从而实现超疏水性能。
另外，还有一些新兴的制备方法，如激光刻蚀法、等离子体处理法等。
激光刻蚀法利用激光的高能量对材料表面进行加工，能够快速、精确地制备出具有特定形貌的超疏水表面。
等离子体处理法则通过等离子体中的活性粒子与材料表面发生反应，改变表面的化学组成和粗糙度。
在超疏水表面的性能研究方面，其自清洁性能是一个重要的研究方向。
当水滴在超疏水表面上时，由于表面的低粘附性，水滴很容易滚落，并带走表面的污染物，从而实现自清洁效果。
这种自清洁性能在太阳能电池板、建筑外墙等领域具有很大的应用潜力，可以减少人工清洁的成本和工作量。
防腐蚀性能也是超疏水表面的一个显著特点。
由于水难以在超疏水表面停留和渗透，能够有效地阻止腐蚀介质与基底材料的接触，从而提高材料的耐腐蚀性能。
超疏水铁片的制备及性能研究
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超 疏 水铁 片 的制 备及 性 能研 究
王 宪 ， 黄 明富 ， 刘海洋 ， 宾 吉平 ， 陈 煌 ， 彭超 义 曾竟成 ：
（ １ 株洲时代新材料科技股份有 限公司 ， 湖南株洲
２国 防科 学 技 术 大学 ， 长沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
４ １ ２ ０ ０ ７
２ ； １ 铁｝ ｝ 表 面的 形态
钹是一种重要的工业材料 ， 其表面很容易被 腐蚀 ， 严童影响了铁制品的应用及推广［ ６ １ 。因此 ， 提高铁材料表面的抗腐蚀性是非 常必要 的。 目 前， 金属表面防锈抗腐蚀有 多种方法 ， 如在其表
面 涂 覆 防锈 油 、 覆 有 机膜 等 ， 但 这 些 方 法均 会 导 致金 属表 面不 易清洁 ， 从而 影响其 外观 和应用 。 本 文采 用 简 单 的化 学 腐 蚀 法 来 制 备 粗 糙 的 纳米 一 微米二 元表面 结构 ，再用 具有 低 表面 能 的
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ ０ ． １ ０
将铁片裁成 ｌ ｃ ｍｘ ｌ ｃ ｍ的小块 ，用乙醇超声
清洗 ３ ０分 钟 ， 洗 去表 面 的有机 物 ， 再 用稀 盐 酸 清
洗１ 分钟 ， 去除表面的氧化物 ， 用乙醇冲洗 ， 去掉
盐酸 ， 然 后将 三氯化钦溶 于 乙醇 中配制 成溶 液 ， 浓修 为 ４ ２ Ｌ ，清 洗后 的铁 片垂直 浸 泡在 三 氯化 铁溶 液 中 ， ６ Ｏ 分 钟后 取 出 ，用蒸 馏 水和 乙醇 冲洗
干净 ； 最后 ， 把 腐 蚀 后 的铁 片垂 直浸 泡 在 硬脂 酸 乙醇溶 液（ １ ． ２ ｇ ／ Ｌ ） 中１ 个时， 得 到超疏水 铁 片。
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钢铁表面超疏水膜的制备与表征葛圣松;李娟;邵谦;刘青云【摘要】采用水热法结合氟硅烷修饰直接在钢铁表面制备超疏水膜。
疏水膜的疏水性与钢铁基底的微纳米结构有重要关系。
结果表明,以乙二胺为溶剂,经140℃水热反应4h和160℃水热反应5h,可以在钢铁表面制得具有次级网状结构的正八面体、花状等微纳米精细结构,再经氟硅烷修饰后表现出良好的超疏水性,与水滴的接触角分别达到156.49和165.31°。
XRD的分析结果表明,该微纳米结构的主要成分是Fe3O4,它的形成一方面提供了制备超疏水表面所必须的微纳米精细结构,另一方面又为与氟硅烷发生反应生成牢固的薄膜创造了条件。
电化学分析结果表明,超疏水膜层的存在显著降低了钢铁基底的腐蚀倾向。
%Superhydrophobic films were prepared on steel substrate using hydrothermal method combined with modification of fluorinated silane. The hydrophbility of hydrophobic films is related to the micro-nano fine structures of the steel substrate. The results showed that octahedron-like, flower-like micro-nano hierarchical structures had grown on steel surface, which were fabricated by hydrothermal reactions in an ethylenediamine solution at 140℃ for 4h as well as at 160℃ for 5h. After m odified by fluorinated silane, the treated surface exhibited superhydrobicity with water contact angles of 156.49 and 165.31°, respectively. The result of X-ray diffraction pattern indicated that the main component of the micro-nano structure was Fe304. The formation of Fe3 04 provides micro-nano fine structures that is necessary to prepare hydrophobic surface, and provides conditions which tight films were formed by reacted with fluorinated silane. Electrochemical testsshowed that the anti-corrosion property of steel was improved effectively by the superhydrophobic films.【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2012(043)005【总页数】5页(P645-649)【关键词】水热反应;钢铁;微纳米结构;超疏水;氟硅烷【作者】葛圣松;李娟;邵谦;刘青云【作者单位】山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266590;山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266590;山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266590;山东科技大学化学与环境工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】O647.5;TG178在固体表面构建超疏水膜可以赋予材料许多优异性能，如防腐、防污、抗粘、自清洁、抗氧化等［1，2］。
钢铁作为一种广泛应用的金属材料，在工农业生产中占有非常重要的地位，而每年因钢铁腐蚀造成的经济损失不可估量。
若在钢铁表面构建超疏水膜，则能减缓钢铁腐蚀，具有重要的实际意义。
固体表面的润湿性主要由其表面能和表面微结构特征共同决定［3］，即使采用具有最低表面能的氟硅烷分子修饰的光滑表面，与水的接触角也只能达到120°［4］。
荷叶疏水效应机制即表明了其疏水性不但取决于它的表面化学物质的表面能，更与它表面的微纳米精细结构有关［5，6］。
因此制备超疏水材料一般采用两种手段：（1）在材料表面构建微纳米结构［7，8］；（2）在具有微纳米精细结构的材料表面修饰低表面能物质［9，10］。
对于第二种，常采用氟硅烷修饰；而对于微纳米精细结构的制备，可采用阳极氧化法［11－13］、化学刻蚀法［14，15］、电化学沉积法［16］、气相沉积法［17］、溶胶－凝胶法［18，19］、水热法［20，21］等。
这些方法多见于铜、铝、锌等金属表面的超疏水膜制备，而直接在钢铁表面制备超疏水膜的报道甚少。
本文尝试了采用操作简单的化学刻蚀法和制备纳米材料常用的水热法直接在钢铁表面制备微纳米结构，然后再经氟硅烷修饰制备超疏水膜。
结果显示，用水热法结合氟硅烷修饰制得的超疏水膜接触角更大，这与用水热法更容易在钢铁表面制得微纳米精细结构有关。
故本文重点优化了用水热法在钢铁表面制备微纳米精细结构的条件，分析了超疏水膜的疏水原理，并对具有超疏水膜的钢铁进行了电化学分析。
乙二胺，分析纯（天津天泰精细化学品有限公司）；无水乙醇，分析纯（莱阳经济技术开发区精细化工厂）；氟硅烷C8F17SO2NHCH2CH2CH2Si（OCH2CH3）3，工业级（武汉博莱特化工有限公司）；水热反应釜（聚四氟乙烯内衬）；钢铁片（冷轧钢，10.5cm×4.5cm×0.1 cm）。
将钢铁片裁剪成规格为1cm×1cm的小片，经除油液清洁后吹干放入水热反应釜，注入20～25mL浓度为3.75mol/L的乙二胺溶液，然后拧紧反应釜，放入烘箱逐渐升温至所需温度，反应数小时后取出，自然冷却至室温。
氟硅烷、无水乙醇、蒸馏水按质量比2∶3∶45混合均匀，超声分散30min，室温下水解5h，将经前处理后的钢铁片置于水解液中12h自组装成膜，取出用乙醇和蒸馏水各冲洗3次，吹干后测接触角。
试样的表观形貌由KYKY－2800B型扫描电子显微镜观察；试样表面微纳米结构的物相组成由D/MAX2500PC型X射线衍射仪测定；水滴在试样表面的接触角由DSA100型全自动表面张力仪测定；试样的极化曲线由LK2500型电化学工作站测量，电解池采用标准的三电极体系，试样为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为辅助电极，测试介质为3.5%（质量分数）的氯化钠溶液，测试环境为室温敞口环境。
按照2.2方法改变水热反应的温度及时间条件，在钢铁表面将形成不同形貌的微纳米结构。
图1为钢铁片经120℃反应不同时间时的SEM图。
当反应少于5h时，钢铁片表面只是腐蚀出众多突起，且突起的表面比较光滑（见图1（a）、（b）），随着反应时间的延长，突起的尺寸有所增加。
当反应至5h时，样品表面呈现出了八面体结构，与突起结构并存，尺寸并不均一，而且在八面体表面进一步形成了次级纳米级网状结构（图1（c）插图）。
当反应时间延长到6h时，样品表面突起结构消失，被八面体结构和花状结构取代，且八面体结构和花状结构表面均被纳米级网状结构覆盖（图1（d）插图）。
图2为钢铁片在140℃条件下反应不同时间时样品的SEM图。
从图2中可见反应3h时在钢铁片表面即有八面体结构形成，并且零星地分布着花状结构，尺寸约为3μm（图2（a））。
当反应至4h后，钢铁片表面分布着比较均匀的花状结构，而且表面上布满了纳米级网状结构（图2（b）插图）。
反应时间增加到5h后，具有纳米级网状结构的八面体消失（图2（c）、（d））。
图3是钢铁片于160℃反应不同时间样品的SEM图。
由图3可见反应3h后表面形成了规则的八面体突起（图3（a）），边长在1.5μm 左右；反应4h后（图3（b）），形成了花状的微观形貌，同时夹杂着八面体结构，直径在1～10μm范围内。
此时无论是花状还是八面体结构，其表面均无次级网状结构，如图3（b）插图所示。
反应5h后（图3（c）），钢铁片表面花状结构密度增加，而且微结构的表面上还有次级纳米网状结构。
反应6h后（图3（d）），具有次级网状结构的微纳米精细结构消失。
将上述不同温度水热反应不同时间所制得的钢铁样品经氟硅烷修饰成膜后，测其对5μL水的接触角，结果如表1所示。
由表1中结果可见，140℃反应4h和160℃反应5h的钢铁样品经氟硅烷修饰后，其接触角分别高达165.31和156.49°，表现出良好的超疏水性，而在这两个水热反应条件下所制备的样品的微结构均为具有次级网状结构的微纳米精细结构。
钢铁片在水热反应过程中先后经过腐蚀溶解和结晶生长过程。
水热反应前，乙二胺和水发生酸碱反应，如方程式（1）所示；当钢铁片浸入乙二胺的水溶液中后，其表面的Fe2O3·nH2O氧化层先变成Fe3＋和OH－，随后单质铁进一步被腐蚀成Fe2＋，如方程式（2）所示；随着铁离子和OH－浓度的不断增加，铁离子将以Fe3O4的形式析出［22］，并不断结晶生长，如方程式（3）所示：当溶液中铁离子和氢氧根离子的浓度增加到一定程度后，结晶过程取代腐蚀过程占主导地位，因此，结晶过程和腐蚀过程共同决定了钢铁片表面的微观形貌。
图4为140°条件下反应4h所制备的样品表面的XRD图。
可见，XRD图的特征峰与Fe3O4标准卡片（JCPDS：19－0629）的衍射峰完全一致。
尽管2θ在0～90°之间，Fe3O4 的衍射峰与γ－Fe2O3 的相似，但是XRD谱图中没有出现γ－Fe2O3 的221、210、213特征峰，因此可以判断样品表面氧化层为具有尖晶石结构的Fe3O4 而不是γ－Fe2O3。
对于光滑的疏水表面，由于缺少微纳米精细结构，水滴与表面的接触面积大，接触角较小，未经水热反应而仅仅经氟硅烷修饰的钢铁表面就属于此类情况。
经水热反应后，钢铁片表面生成一定尺度的具有微纳米精细结构的Fe3O4，虽然Fe3O4是亲水的高能表面，但由于其易羟基化，使其易与氟硅烷发生反应生成牢固的薄膜［23］。
同时由于基底表面所形成的微纳米精细结构，会使经氟硅烷修饰后的这种表面上吸附一空气薄层，大大减小了水滴与表面的接触面积，从而增大了接触角。
当水滴落在这种表面时，空气和固体表面就形成了复合表面，此时由Cassie方程［24］：其中，f1和f2分别为单位面积上空气和固体所占的表面积分数；θ1和θ2分别为空气和固体表面的本征接触角，θ＊为表观接触角。