金屬基體上超疏水表面的制備研究.pdf

1、近幾年來(lái)，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?yàn)樗谧郧鍧嵅牧?、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(shí)例是自然界的荷葉表面，水滴在表面上可以自由滾動(dòng)，當(dāng)水滴(如雨水)滾動(dòng)時(shí)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(guò)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(jī)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(yáng)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(guò)程。因此，發(fā)展簡(jiǎn)單方便的超疏水表面制備技術(shù)仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的研究課題。 本論文報(bào)道了三種簡(jiǎn)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(cuò)刻蝕劑對(duì)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(duì)刻蝕后的表面進(jìn)行疏水化處理。用掃描電鏡和接觸角測(cè)量等技術(shù)對(duì)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(gè)“迷宮”結(jié)構(gòu)，銅表面上產(chǎn)生了一個(gè)由微米級(jí)凹坑和納米級(jí)顆粒組成的階層結(jié)構(gòu)，鋅表面上產(chǎn)生了一個(gè)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(dòng)角小于10°(8μL水滴)。此外，文中引入的位錯(cuò)蝕坑概念對(duì)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(guò)硫酸鉀和氫氧化鉀的混合溶液對(duì)銅基體進(jìn)行表面氧化，然后用氟烷基硅烷對(duì)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(cè)量等技術(shù)對(duì)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(gè)長(zhǎng)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(dòng)角約10°(5μL水滴)。此外，文中提出的納米花生長(zhǎng)機(jī)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(shí)。 (3)采用氫氟酸刻蝕和雙氧水處理的兩步過(guò)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(duì)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(cè)量等技術(shù)對(duì)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(gè)由微米級(jí)凹坑和亞微米級(jí)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