可控阵列微柱超疏水表面实验研究

发布时间：2021-02-10 15:05

　　为了提高超疏水表面的结构稳定性,采用慢走丝电火花线切割技术在铝合金表面加工阵列微柱结构,结合电化学方法在微柱上沉积纳米颗粒,无需进一步修饰,直接得到超疏水表面。实验主要研究了电沉积时间对超疏水性能的影响,通过扫描电子显微镜,激光共聚焦显微镜,接触角测量仪等表征手段检测超疏水表面形貌和润湿特性,利用傅里叶变换红外光谱仪和能谱仪检测表面化学成分。结果表明,所制备的样品接触角能达到161.88°,滚动角只有3°,表现出极低的粘附性,相比于平面直接沉积结构更稳定,在外力作用下能维持更久的超疏水特性。该方法能实现对规则结构尺寸的可控性,应用范围广泛。 

【文章来源】：电镀与精饰. 2020,42(07)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

铝合金表面电沉积不同时间的电镜图和3D形貌图

为了比较电化学沉积不同时间微柱表面润湿性能的变化，采用接触角测量仪对所制备的样品进行亲疏水性检测，测量结果如图2所示。在图2(a）中可以看到，在只经过电火花线切割后的微柱表面，由于金属本身的亲水特性以及粗糙结构的存在，水滴快速陷入金属内部，接触角接近0°，表现出超亲水性。但是经过电化学沉积之后，同样的水滴滴落在表面时，水滴的形状仍然保持近乎完美的球状，得到超疏水铝合金表面。图2(b)～(f）所示为电沉积不同时间铝合金表面接触角的变化，从中可以清晰地看到，随着时间的延长，微柱凸起的宽度在逐渐增大，同时相邻两个微柱间隙也在相应的减小，尤其在7 min之后表现的更加明显。具体的接触角和滚动角值随沉积时间的变化如图3所示。当沉积时间为1 min时，由于反应时间太短，球状颗粒生长的区域不够多，虽然接触角能达到153.25°，但是滚动角却在15°以上，粘附性较高；在4 min时测得接触角略有上升，表明铝合金表面基本被沉积物所覆盖；当时间延长到7 min时，接触角达到最大值161.88°，滚动角只有3°，从图2(d）中看到，只需要两个微柱就能把水滴撑起，说明此时的纳结构生长密度和空气间隙为最佳状态。再进一步延长时间时发现水滴与表面的接触区域扩张到三个微柱，接触角的值有所下降，但仍保持在152°以上，滚动角也维持在较小的范围，表现出低粘附性的超疏水状态。如图4中所示为电沉积7min的样件低粘附性的测试过程，当水滴注射器上的水滴从接触表面到离开时，可以看到即使针头把水滴挤压变形，水滴仍然能轻松脱离表面。这种低粘附性的超疏水表面在自清洁与流体减阻方面具有巨大的潜在应用价值。

具体的接触角和滚动角值随沉积时间的变化如图3所示。当沉积时间为1 min时，由于反应时间太短，球状颗粒生长的区域不够多，虽然接触角能达到153.25°，但是滚动角却在15°以上，粘附性较高；在4 min时测得接触角略有上升，表明铝合金表面基本被沉积物所覆盖；当时间延长到7 min时，接触角达到最大值161.88°，滚动角只有3°，从图2(d）中看到，只需要两个微柱就能把水滴撑起，说明此时的纳结构生长密度和空气间隙为最佳状态。再进一步延长时间时发现水滴与表面的接触区域扩张到三个微柱，接触角的值有所下降，但仍保持在152°以上，滚动角也维持在较小的范围，表现出低粘附性的超疏水状态。如图4中所示为电沉积7min的样件低粘附性的测试过程，当水滴注射器上的水滴从接触表面到离开时，可以看到即使针头把水滴挤压变形，水滴仍然能轻松脱离表面。这种低粘附性的超疏水表面在自清洁与流体减阻方面具有巨大的潜在应用价值。图4 超疏水表面低粘附性测试过程

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3027552