超亲水和具有不同黏性的超疏水阳极氧化铝膜的制备

发布时间：2021-04-07 22:12

　　超亲水和超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值。本工作对二步高场阳极氧化所制备的阳极氧化铝（AAO）膜进行了湿化学刻蚀及高温退火处理,研究了其表面浸润特性随后处理条件变化的特征。结果表明,AAO膜表面的水接触角（WCA）随着刻蚀时间的延长呈现先增大后减小最终趋于极小定值的变化规律;当刻蚀时间大于90 min时,AAO膜表面呈现出超亲水的特征（WCA<10°）;刻蚀不同时间的AAO膜经过高温退火后其WCA均大于未经过高温退火的AAO膜,且WCA随着刻蚀时间的延长而增大,特别是刻蚀时间为120～180 min时,AAO膜为超疏水高黏性的,而刻蚀时间为200 min的AAO膜则为超疏水（WCA>150°）极低黏性的,其表面与水滴的平均接触时间只有4.6 ms;所制备的超疏水AAO膜具有很好的时间稳定性。本工作还对经后处理的AAO膜的浸润特性随后处理条件变化的机理进行了定性分析。这些研究结果为设计具有不同浸润特性的功能化固体表面提供了新的思路,具有很好的实际应用价值。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

不同微结构AAO膜制备流程示意图

二步高场阳极氧化法所制备的AAO膜的厚度约为49.25 μm(图S2a)。图2为其场发射扫描电子显微镜(SEM)照片。图2a为其上表面的SEM图,可见所制备的AAO膜表面为分级结构,即有序亚微米六角密排凹坑中含有无序的纳米小孔,凹坑的周期为250 nm。图2b、c分别为其截面上部和下部的SEM照片。由图2b和c可见,其上部是由分级孔层(Hierarchical layer)、无序孔层(Unordered layer)和过渡孔层(Transition layer)三层构成的,而下部则为有序孔层(Ordered layer)。相比于一步阳极氧化,二步阳极氧化所制备的AAO膜具有高度有序的表面和孔道结构,更利于湿化学刻蚀过程中对其形貌结构的有效调控。图3 刻蚀不同时间的AAO膜的SEM照片

图2 二步高场阳极氧化法所制备的AAO膜的SEM照片图3为湿化学法刻蚀不同时间的AAO膜的SEM照片。由图3a、b、c可见,刻蚀时间(tE)不超过40 min时,AAO膜表层无序孔层中纳米小孔的孔径随tE的延长而增大,亚微米凹坑边沿的厚度逐渐变薄,直到凹坑阵列消失而呈现出孔壁很薄的无序孔层结构,对应于分级孔层的刻蚀结果;图3d、e表明,当50 min≤ tE≤80 min时,随着tE的延长,AAO膜表面呈现出由枝杈状纳米线自聚集体到多孔面上覆盖有少量无序鸟巢状纳米线自聚集体的结构变化,对应于无序孔层的刻蚀结果;而当90 min≤ tE≤180 min时,AAO膜表面呈现出多孔面上覆盖有无序鸟巢状纳米线自聚集体的复合结构,且其鸟巢状纳米线自聚集体的尺寸和数量经历了由小到大、由多到少的变化过程,如图3f—i所示,对应于过渡孔层的刻蚀结果;图3i-1和 j分别为刻蚀180 min和200 min 的AAO膜在相同放大倍率下的SEM照片,图3j-1则为刻蚀200 min的 AAO膜的截面图。对比图3i-1、j和j-1发现,当tE>180 min时,AAO膜表面呈现出山脊、山谷状纳米线自聚集体的三维结构,几乎看不到多孔结构,对应于有序孔层的刻蚀结果。


本文编号：3124281