合金基体上超疏水表面的制备及疏水性的研究

发布时间：2017-05-17 11:18

  本文关键词：合金基体上超疏水表面的制备及疏水性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文使用化学刻蚀以及两步化学刻蚀等简单的超疏水表面制备技术，成功地在黄铜、铝合金、不锈钢等合金基体上获得了超疏水表面。 采用含有三氯化铁和盐酸的水溶液刻蚀金属黄铜表面，在黄铜表面上得到了由不规则块状结构和更细小的乳突状结构相结合的具有微纳米双重粗糙度的阶层结构。该表面经氟化处理后表现出超疏水性，水滴在该表面上的接触角达到了157°，接触角滞后为5°。考察了不同刻蚀时间对表面疏水性的影响，结果表明，刻蚀时间对表面上这种阶层结构的形成有着十分重要的影响。用X射线衍射技术表征该表面，发现表面上有金属铜的出现。本文结合黄铜脱锌的优先溶解机制和溶解—再沉积机制对表面阶层结构的形成机制进行了分析，并用Cassie理论对表面的润湿性进行了分析。 采用氢氟酸和盐酸两步化学刻蚀的方法在铝合金基体上构筑了粗糙结构，然后用氟硅烷—乙醇溶液对表面进行疏水化处理。采用扫描电镜表征表面的微细结构，采用接触角测量仪测量表面的接触角。结果表明：经过两步处理后，铝合金表面上具有了由长方体状的凸台和凹坑构成的深浅相间的微纳米结构，这些微纳米结构相互连通形成凹凸不平的“迷宫”结构。氟化处理后的表面具有了超疏水性，与水的接触角达到156°，接触角滞后为5°。采用L_9(3~4)正交实验表设计考查了不同刻蚀时间以及不同刻蚀液浓度对表面疏水效果的影响。此外，实验中还发现不经过表面氟化而只是经过刻蚀后的表面达到了超亲水的状态，，水滴在表面上的接触角达到了0°。 采用含有三氯化铁、盐酸、磷酸和双氧水的刻蚀溶液处理金属不锈钢表面，在表面上产生了许多不规则的凹坑与突起状结构，这些凹坑与突起状结构彼此相连，形成了一个“蜂窝”状结构，而这些凹坑中又密布许多细小的乳突状结构。该表面经氟化处理后表现出超疏水性，水滴在该表面上的接触角达到了160°，接触角滞后仅为3°。通过考察微量调节注射器上悬浮水滴在超疏水不锈钢样品上的行为说明了本实验所制备出的超疏水表面具有很好的疏水效果，没有明显的水滴黏附现象并且水滴的拖拽阻力很小。由于不锈钢是一种在许多领域应用广泛的合金材料，而超疏水表面又有着其独特的自清洁、防污染、减少流动阻力等多种性能，因此这种超疏水不锈钢表面对基础研究和工业应用都有着重要意义。
【关键词】：超疏水 合金 化学刻蚀 微纳米结构
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：O647.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-11
• 1 超疏水表面的基础理论、制备方法及其发展方向11-30
• 1.1 自然界中的超疏水现象11-14
• 1.2 超疏水表面的基础理论14-23
• 1.2.1 静态接触角14-18
• 1.2.2 接触角滞后18-19
• 1.2.3 滚动角19-22
• 1.2.4 超疏水表面的自清洁性22-23
• 1.3 超疏水表面的制备技术23-27
• 1.4 超疏水表面的应用前景及发展方向27-30
• 2 化学刻蚀法制备黄铜基超疏水表面30-41
• 2.1 引言30
• 2.2 实验部分30-31
• 2.2.1 超疏水表面的制备方法30-31
• 2.2.2 超疏水表面的表征方法31
• 2.3 结果与讨论31-39
• 2.3.1 氟硅烷对表面进行化学改性的机理31-33
• 2.3.2 超疏水黄铜表面的表面形貌33-34
• 2.3.3 超疏水黄铜表面微细结构的形成机理34-38
• 2.3.4 氟化处理后黄铜表面的润湿性分析38-39
• 2.4 小结39-41
• 3 两步化学刻蚀法制备铝合金基超疏水表面41-52
• 3.1 引言41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.2.1 超疏水表面的制备方法41
• 3.2.2 超疏水表面的表征方法41-42
• 3.3 结果与讨论42-50
• 3.3.1 正交实验方法设计42-47
• 3.3.2 铝合金表面经两步处理后的表面形貌47-50
• 3.3.3 铝合金表面疏水性的形成分析50
• 3.4 小结50-52
• 4 不锈钢基体上超疏水表面的制备52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 实验部分52-53
• 4.2.1 超疏水表面的制备方法52-53
• 4.2.2 超疏水表面的表征方法53
• 4.3 结果与讨论53-60
• 4.3.1 不锈钢基超疏水表面的微细结构与润湿性分析53-57
• 4.3.2 不同实验条件对不锈钢片疏水性形成的影响分析57-60
• 4.3.3 不锈钢表面疏水性的形成分析60
• 4.4 小结60-62
• 结论62-63
• 创新点摘要63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 冯杰;林飞云;钟明强;;钢辊热压微模塑-可控剥离法构建聚乙烯超疏水表面[J];材料科学与工程学报;2010年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 王学武;铝合金表面高粘滞力超疏水性薄膜的制备研究[D];天津大学;2010年

2 朱海波;硅基底超疏水表面的构建及其减阻特性研究[D];大连海事大学;2012年

3 辛事承;疏水表面隔热与减阻性能研究[D];大连理工大学;2012年

4 范旭娟;典型金属基仿生超疏水表面的制备方法研究[D];大连理工大学;2012年

5 傅爱红;可膨胀筛管用316L不锈钢丝网上疏水/亲油表面的制备及研究[D];西南石油大学;2012年

6 王光燕;DMFC阳极流场超疏水微通道制作及其气泡消减特性研究[D];大连理工大学;2013年

7 刘维萍;微纳表面结构的制备及润湿性研究[D];苏州大学;2013年

  本文关键词：合金基体上超疏水表面的制备及疏水性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：373280