铜基超疏水表面的仿生构建及其性能研究

发布时间：2020-05-25 23:03

【摘要】：通过对自然界中超疏水表面的研究分析,科研工作者们采用多种方法制备人造超疏水表面,例如模板法、溶胶凝胶法、腐蚀法等。金属材料作为应用最广泛的工程材料,具有无可替代的地位,而金属基超疏水材料同样具有广阔的应用前景。因此金属基超疏水材料的制备与研究具有重要意义。本文以自然界中稻叶为仿生对象,采用机械刻蚀结合电刷镀的工艺方法在铜基体上构建出类稻叶结构的多级分级粗糙结构,经化学修饰制备出具有超疏水性能的铜膜表面。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、光学接触角测量仪等设备对铜膜表面进行表征,并对铜基超疏水表面的应用性能,如抗附冰、自清洁性能,耐久性能等进行研究。主要工作如下:1、以稻叶作为仿生对象,采用结合机械刻蚀和电刷镀技术的工艺方法,通过控制刷镀过程中电压、电流密度、移动速度、施镀时间等参数,在铜基体表面构建出类稻叶多级粗糙结构的铜膜,其微观结构由微米级的周期沟槽阵列、亚微米级的团簇结构和大量的纳米晶块组成。通过低表面能物质修饰制备出了具有润湿各向异性的超疏水铜膜,液滴在试样表面的静态接触角最大为161.4°,滚动角最低为3.5°。此外,因为铜膜表面周期沟槽阵列的存在,铜膜表面润湿性能表现出各向异性,从平行沟槽方向和垂直沟槽方向测得静态接触角存在差异,各向异性度最大达到8.7°。2、通过控制其他刷镀工艺参数,在不同施镀时间下制备出一系列超疏水铜膜;工艺参数的改变导致材料表面的微观结构不同,进而影响铜膜表面的润湿性能。我们研究了不同沟槽高度对铜膜表面静态润湿行为和动态润湿行为以及润湿各向异性的影响。结果表明:随铜膜表面沟槽高度增加,垂直于沟槽方向上接触角不断增加,滚动角和动态接触角滞后减小;而平行沟槽方向上接触角、滚动角和接触角滞后基本无变化;整体的接触角各向异性增加,滚动角和接触角滞后各向异性减小。3、对所制备的超疏水铜膜进行自清洁性能测试、液滴弹跳测试、耐久性测试、和抗结冰测试,结果表明超疏水铜膜表面具有优异的自清洁、低粘附、耐机械摩擦、防结冰、抗压等性能。所制备的超疏水铜膜表面具有很高的实际应用价值和广阔的应用前景。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2680873