銅基和鋁基超疏水表面的制備及摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、固體表面的浸潤(rùn)性決定著它們自身的應(yīng)用與價(jià)值，近年來(lái)超疏水材料已經(jīng)在生產(chǎn)生活領(lǐng)域展現(xiàn)出其巨大的潛在用途。而銅和鋁材料是工業(yè)國(guó)防領(lǐng)域的主導(dǎo)材料，但它們?nèi)匀幻媾R著磨損和腐蝕兩大嚴(yán)重問(wèn)題?；谶@些問(wèn)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(fù)合結(jié)構(gòu)，進(jìn)而考察了各個(gè)樣品的摩擦學(xué)性能、耐酸堿腐蝕性能以及超疏水穩(wěn)定性。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.通過(guò)兩步溶液浸泡過(guò)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(yīng)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(jìn)行置換反應(yīng)，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(duì)所制得的層級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)該薄膜進(jìn)行表面形貌和表

3、面化學(xué)成分分析，同時(shí)以X射線衍射儀輔助檢測(cè)表面晶相結(jié)構(gòu)。此外，我們還測(cè)量了該超疏水表面的潤(rùn)濕性能，并對(duì)其摩擦學(xué)性能和耐酸堿腐蝕性進(jìn)行了初步的評(píng)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(jí)結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)疏水性硬脂酸的表面修飾后，表面對(duì)水的接觸角達(dá)到了162.4°，同時(shí)，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(hù)作用，因此該方法所制備的超疏水表面可以潛在應(yīng)用于銅的表面修飾技術(shù)及摩擦學(xué)領(lǐng)域

4、中。
　　2.利用氧化輔助酸刻蝕技術(shù)結(jié)合置換反應(yīng)與硬脂酸修飾過(guò)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(duì)銅片進(jìn)行選擇性刻蝕，然后通過(guò)與AgNO3溶液的置換反應(yīng)過(guò)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(jí)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(fù)合表面。通過(guò)掃描電子顯微鏡，我們觀察到該粗糙表面是

5、由微米級(jí)凹凸結(jié)構(gòu)和亞微米級(jí)顆粒所組成的雙重粗糙結(jié)構(gòu)。浸潤(rùn)性測(cè)試結(jié)果顯示，所得復(fù)合表面對(duì)水的靜態(tài)接觸角高達(dá)160.5°，滾動(dòng)角小于5°，表現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性能。與此同時(shí)，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(lǐng)域中對(duì)于銅基底的防護(hù)具有潛在的應(yīng)用的價(jià)值。
　　3.通過(guò)簡(jiǎn)單的三步溶液浸泡法成功在鋁基底上制備了類荷時(shí)層級(jí)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(guò)程。分別利用掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜對(duì)