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域中有著極其重要的應用前景。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構與納米結構相結合的階層結構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結構，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、物理或化學氣相沉積法、陽極氧化法、電化學沉積法、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備或復雜的工藝過程。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，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、、鋅基體表面進行化學刻蝕，然后用氟烷基硅烷對刻蝕后的表面進行疏水化處理。用掃描電鏡和接觸角測量等技術對表面進行了表征。結果表明，經(jīng)化學刻蝕后，鋁表面上產(chǎn)生了一個“迷宮”結構，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構，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構。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行表面氧化，然后用氟烷基硅烷對氧化后的表面進行疏水化處理。用掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、接觸角測量等技術對表面進行了表征。結果表明，經(jīng)氧化處理后，銅表面上形成了一層具有花朵狀納米結構的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構提供了一些新的認識。 (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粗糙結構，然后用氟烷基硅烷對表面進行疏水化處理。用掃描電鏡、原子力顯微鏡、X射線衍射、接觸角測量等技術對表面進行了表征。結果表明，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構。經(jīng)氟化處理后，這種階層結構表面與水的接觸角達到約163