銅基和鋁基超疏水表面的制備及摩擦學性能研究.pdf

1、固體表面的浸潤性決定著它們自身的應用與價值，近年來超疏水材料已經(jīng)在生產(chǎn)生活領域展現(xiàn)出其巨大的潛在用途。而銅和鋁材料是工業(yè)國防領域的主導材料，但它們?nèi)匀幻媾R著磨損和腐蝕兩大嚴重問題?；谶@些問題，本文采用不同的表面制備技術(shù)，分別在銅和鋁表面構(gòu)建了三種具有不同表面幾何形貌的仿生超疏水復合結(jié)構(gòu)，進而考察了各個樣品的摩擦學性能、耐酸堿腐蝕性能以及超疏水穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.通過兩步溶液浸泡過程結(jié)合表面修飾硬脂酸技術(shù)成功

2、在銅基底上制備了具有低摩擦系數(shù)和耐酸堿性能的超疏水Ag-Cu2O/STA表面。首先，將銅片浸入2mol·L-1 NaOH溶液中反應生成均勻的Cu2O四棱錐晶體結(jié)構(gòu)，然后將其浸入0.33mmol·L-1 AgNO3溶液中進行置換反應，可以在Cu2O晶體結(jié)構(gòu)之上沉積一層銀納米顆粒，最后利用硬脂酸乙醇溶液對所制得的層級粗糙結(jié)構(gòu)進行低表面能修飾，賦予該表面以優(yōu)異的超疏水性能。我們分別利用掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜儀對該薄膜進行表面形貌和表

3、面化學成分分析，同時以X射線衍射儀輔助檢測表面晶相結(jié)構(gòu)。此外，我們還測量了該超疏水表面的潤濕性能，并對其摩擦學性能和耐酸堿腐蝕性進行了初步的評估。結(jié)果表明:這種由銀納米顆粒和Cu2O晶體所構(gòu)成的特殊微-納層級結(jié)構(gòu)經(jīng)過疏水性硬脂酸的表面修飾后，表面對水的接觸角達到了162.4°，同時，該表面還表現(xiàn)出良好的減摩性能以及一定的耐酸堿腐蝕性能，能夠?qū)︺~基底起到很好的保護作用，因此該方法所制備的超疏水表面可以潛在應用于銅的表面修飾技術(shù)及摩擦學領域

4、中。
　　2.利用氧化輔助酸刻蝕技術(shù)結(jié)合置換反應與硬脂酸修飾過程在銅基底上成功制備了具有雙重粗糙結(jié)構(gòu)的刻蝕Cu-Ag/STA超疏水表面。以(NH4)2S2O8溶液和HCl溶液的混合液作為刻蝕劑對銅片進行選擇性刻蝕，然后通過與AgNO3溶液的置換反應過程在粗糙刻蝕銅表面生成均勻的銀顆粒結(jié)構(gòu)，從而可以在銅表面獲得類荷葉的層級粗糙結(jié)構(gòu)，最后在其表面修飾硬脂酸便可得到具有優(yōu)異超疏水性能的復合表面。通過掃描電子顯微鏡，我們觀察到該粗糙表面是

5、由微米級凹凸結(jié)構(gòu)和亞微米級顆粒所組成的雙重粗糙結(jié)構(gòu)。浸潤性測試結(jié)果顯示，所得復合表面對水的靜態(tài)接觸角高達160.5°，滾動角小于5°，表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性能。與此同時，該薄膜還具有良好的減摩性能與耐酸堿腐蝕性能，在許多工業(yè)領域中對于銅基底的防護具有潛在的應用的價值。
　　3.通過簡單的三步溶液浸泡法成功在鋁基底上制備了類荷時層級粗糙結(jié)構(gòu)，該方法結(jié)合了鹽酸刻蝕、熱水浸泡和硬脂酸表面修飾過程。分別利用掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜對