超疏水性TiO2膜層微弧氧化法制備及其疏水特性研究.pdf

1、表面潤(rùn)濕性是指液體在固體材料表面的鋪展能力，是材料表面的重要特性之一，已成功應(yīng)用于人類生產(chǎn)和生活的諸多方面。其中超疏水性能由于具有自清潔、防粘污、減阻減磨等特性，受到人們的廣泛關(guān)注。具有超疏水性能的鈦表面，在航空航海領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。
　　從仿生學(xué)角度來(lái)看，超疏水表面需要具有微納米雙重復(fù)合結(jié)構(gòu)，且表面能要低。鈦在四硼酸鈉電解液中微弧氧化后，表面可以形成微納米雙重結(jié)構(gòu)。本文利用微弧氧化法在鈦表面制備微納米雙重結(jié)構(gòu)，并沉積一層低表面能

2、材料，制備具有超疏水性能的疏水膜層。首先，選用四硼酸鈉電解液在鈦表面進(jìn)行微弧氧化。之后采用自組裝分子膜的方法制備超疏水膜層，成膜分子為1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷(FOTS)。最后，比較不同電解液（四硼酸鈉、磷酸三鈉、碳酸鈉、硫酸鈉電解液）所制備膜層的疏水性能。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)掃描電子顯微鏡、表面輪廓儀、接觸角測(cè)量?jī)x等顯微表征手段觀察鈦表面形貌、膜層穩(wěn)定性、樣品粗糙度和疏水膜形成前后的接觸角，借助X射線衍射分析和多功能成

3、像光電子能譜分析表面等譜學(xué)分析方法考察表面成分組成和化學(xué)鍵構(gòu)成。
　　研究結(jié)果表明:微弧氧化過(guò)程中的電源參數(shù)直接影響表面形貌。在恒定的電壓下，隨氧化時(shí)間的增加，表面首先形成納米孔，隨后產(chǎn)生微米級(jí)孔洞，表面微米孔連成微米溝槽，微米孔的數(shù)量相對(duì)減少，與表面的納米孔共存形成微米納米雙重結(jié)構(gòu);電壓越高，越易擊穿表面的鈍化膜，對(duì)樣品表面的氧化能力也越強(qiáng);隨著頻率的增加，形成的納米孔直徑較小，表面較為平滑，膜層表面的粗糙度逐漸降低;脈寬和頻率

4、對(duì)膜層的影響比較相似，高脈寬下微弧氧化反應(yīng)比較劇烈，納米孔易形成，然而脈寬過(guò)高易使孔疏松，從而導(dǎo)致膜層脫落。在沉積疏水膜層的工藝中，對(duì)樣品是否進(jìn)行超聲清洗，有無(wú)紫外線的照射，在低表面能溶液中浸漬時(shí)間及溶液濃度都對(duì)疏水性能產(chǎn)生直接影響。采用自組裝技術(shù)在氧化鈦表面制備的疏水膜層具有良好的時(shí)效性。不同電解液制備的膜層疏水性能存在差異，但樣品成分基本一致，說(shuō)明疏水性能不同主要是表面形貌不同導(dǎo)致的。在四硼酸鈉電解液中微弧氧化后的表面形貌具有微納米