锌基底超疏水材料的制备与研究

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超疏水表面作为浸润性表面的典型代表,是指静态接触角大于150o,滚动角小于10o的表面。超疏水表面具有的自清洁、防水防腐蚀等性能引起了人们的广泛关注,而这些表面具有的特殊浸润性的微纳米复合结构及其广阔的应用前景引起了人们广泛的兴趣。本论文利用化学置换与退火相结合的方法,成功获得了Sn-Zn超疏水表面。主要研究结果如下:(1)采用化学置换和退火相结合的方法在金属锌基底上构筑了微纳米复合结构的Sn-Zn超疏水表面,该方法仪器设备和实验过程简单,且不需要低表面自由能有机物的修饰,可以得到静态接触角为159o,滚动角为2o的超疏水表面。通过对该超疏水表面的表征及影响因素(盐酸清洗刻蚀时间,与氯化亚锡反应时间,氯化亚锡浓度,退火的温度与退火的时间)的分析并进一步研究,说明由置换反应及退火处理形成的Sn-Zn微纳米复合结构中所占95.10%的空气在超疏水功能中起着重要的作用。退火在制备该超疏水表面过程中起着关键的作用,而且是金属材料传统的工业制造方法,这为超疏水材料在实际生产应用中的推广提供了一定的实验基础。(2)由于反应时间的不同,表面会形成不同的微纳米结构,水在超疏水表面表现出两种不同粘滞性的状态,分别为类似荷叶表面的Cassie态和类似花瓣表面的Wenzel-Cassie过渡态。Cassie态的超疏水表面具有微纳米复合结构,其静态接触角大于150o,滚动角小于10o;而Wenzel-Cassie过渡态的超疏水表面不仅表面形貌不同于Cassie态,而且水的静态接触角比较大,滚动角却也很大,甚至表面反转180o都不会滚落,表明由于表面结构的不同使水滴渗入的程度不同而表现出不同的粘滞性。通过试验研究表明Cassie态的超疏水表面在大气具有良好的环境稳定性,且有良好的自清洁能力、抗腐蚀性以及减阻能力。该方法操作简单,不需要低表面自由能物质的额外修饰,因而具有广阔的应用前景。
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