耐久性铝基超疏水表面的构建与性能研究

发布时间：2021-01-31 00:25

　　铝合金作为重要的结构材料之一,由于比重小、强度高等一系列优点被广泛应用到汽车、建筑等行业和日常生活中。此外,铝合金也是国防工业所用到的主要金属材料之一,如用于潜艇、飞机、战舰等。但实际应用中,铝合金的腐蚀会导致其机械强度和力学性能下降,造成环境污染和资源损耗。自然界中的超疏水现象为铝合金的防护提供了新的思路,科研人员通过研究自然界中的超疏水表面成功在铝合金基底上制备得到超疏水表面并开发了多种制备方法,大大提高了铝合金的耐腐蚀性能。但是铝合金超疏水表面普遍存在耐久性较差的问题,如何提高其表面的耐久性是目前国内外的研究热点。本研究通过硅烷修饰和纳米胶囊沉积两种方法在铝合金基底上制备出疏水性能优异的超疏水表面,探索了最佳的制备工艺,然后对所制备铝基超疏水表面的性能进行测试研究。本论文的主要研究内容如下:（1）硅烷修饰制备铝基超疏水表面:通过沸水刻蚀的方法在铝合金表面形成粗糙结构,然后通过十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）进行修饰,制备得到接触角为156.9°、滚动角为3°的铝合金超疏水表面。通过扫描电镜观察到铝合金超疏水表面存在微-纳米二元网状结构,通过红外光谱证明HDTMS成功接枝在铝合金... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

铝及铝合金的应用

兰州交通大学硕士学位论文-3-图1.2荷叶表面的超疏水现象(a)和乳突结构(b)除荷叶之外，大自然中具有类似疏水性能的植物还有很多[22]。例如：水稻叶、猪笼草、苜蓿叶、玫瑰花瓣等，都具备优良的疏水性能，与荷叶表面一样，水滴在其表面均呈球形且容易滚动。如图1.3所示，图1.3a是水滴在苜蓿叶表面呈球形，具有很好的疏水性，图1.3b是水稻叶子表面的水滴照片，其与水滴的接触角大于150°。图1.3自然界中的超疏水现象：(a)苜蓿叶；(b)水稻叶；(c)水黾；(d)天鹅不仅植物界中存在超疏水现象，动物界也存在许许多多的超疏水现象[23]。例如：水黾腿、蚊子眼睛、蝴蝶翅膀、鸟类羽毛等都具有良好的疏水性。如图1.3所示，图1.3c是水面上站立的水黾，水黾能在水面随意滑行但不会沉入水底是因为水黾腿有无数纳米凹槽结构的细长微刚毛，水黾利用其腿部特殊的微纳米结构，将空气在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润[24]。图1.3d是水中嬉戏的天鹅，天鹅羽毛表面的微纳米结构捕获空气形成气垫层有利于其在水面游荡，并且使得羽毛不会被水润湿。同样蜻蜓和蝴蝶的翅膀由于这种特殊的粗糙结构不会被水润湿，可以在雨中飞翔自如。

兰州交通大学硕士学位论文-3-图1.2荷叶表面的超疏水现象(a)和乳突结构(b)除荷叶之外，大自然中具有类似疏水性能的植物还有很多[22]。例如：水稻叶、猪笼草、苜蓿叶、玫瑰花瓣等，都具备优良的疏水性能，与荷叶表面一样，水滴在其表面均呈球形且容易滚动。如图1.3所示，图1.3a是水滴在苜蓿叶表面呈球形，具有很好的疏水性，图1.3b是水稻叶子表面的水滴照片，其与水滴的接触角大于150°。图1.3自然界中的超疏水现象：(a)苜蓿叶；(b)水稻叶；(c)水黾；(d)天鹅不仅植物界中存在超疏水现象，动物界也存在许许多多的超疏水现象[23]。例如：水黾腿、蚊子眼睛、蝴蝶翅膀、鸟类羽毛等都具有良好的疏水性。如图1.3所示，图1.3c是水面上站立的水黾，水黾能在水面随意滑行但不会沉入水底是因为水黾腿有无数纳米凹槽结构的细长微刚毛，水黾利用其腿部特殊的微纳米结构，将空气在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润[24]。图1.3d是水中嬉戏的天鹅，天鹅羽毛表面的微纳米结构捕获空气形成气垫层有利于其在水面游荡，并且使得羽毛不会被水润湿。同样蜻蜓和蝴蝶的翅膀由于这种特殊的粗糙结构不会被水润湿，可以在雨中飞翔自如。


本文编号：3009862