1 1.江苏大学 新材料研究院, 镇江 212013
2 2.江苏大学 先进制造与现代装备技术研究所, 镇江 212013
3 3.江苏大学 机械工程学院, 镇江 212013
4 4.江苏大学 微纳光电子与太赫兹技术研究所, 镇江 212013
为改善碳化硅的表面润湿性能, 本研究利用脉冲激光加工表面处理和化学改性分别改善了碳化硅的表面形貌和表面能。实验选用皮秒激光加工方式构造表面微织构, 利用激光共聚焦显微镜分析了微织构的微观形貌, 并进一步分析了烧蚀形态与激光自身特性和加工参数之间的联系。研究发现, 激光加工效果以烧蚀为主, 重熔为辅, 而由于碳化硅烧蚀阈值和激光能量在光斑中的高斯分布特性, 形成的微织构的烧蚀凹槽呈倒三角形。此外, 选用的氟硅烷修饰剂使碳化硅表面从亲水表面转变为疏水表面; 通过改变加工参数获得不同微织构并进行氟硅烷修饰后, 碳化硅表面接触角最大提高到157°, 达到了超疏水效果。为了进一步探讨微织构对疏水性的影响原理, 提出了一个基于实际形貌参数的固液接触角模型。该模型阐释了接触角随微织构特征参数变化的机制, 固、气、液两两之间的接触面积影响了表面润湿性, 这为寻找具有最佳疏水性能的微织构提供了新的理论指导。
碳化硅 微织构 疏水性 皮秒激光加工 silicon carbide micro-texture hydrophobicity picosecond laser processing
1 青岛理工大学土木工程学院,青岛 266520
2 海洋环境混凝土技术教育部工程研究中心,青岛 266520
本文提出了一种新型硅烷基纳米复合涂层。分子动力学模拟结果证实,多巴胺的引入可以大大降低盐溶液在硅烷涂层微纳米孔道中的传输能力,以及复合涂层界面处水分子和离子的运动能力。对于氧化石墨烯-硅烷涂层来说,水分子可以扩散至硅烷层,与硅烷分子的亲水端形成氢键连接。极限接枝的氧化石墨烯-多巴胺-硅烷复合涂层可以充分发挥硅烷分子的疏水特性,完全阻绝水分子进入硅烷层,使水分子传输深度降低了87.5%。
改性硅烷 氧化石墨烯 多巴胺 微观结构 疏水性 耐久性 modified silane graphene oxide dopamine microstructure hydrophobicity durability
1 楚雄师范学院云南省高校分子光谱重点实验室, 云南楚雄 675000
2 楚雄师范学院光谱应用技术研究所, 云南楚雄 675000
本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质, 用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测, 当R6G的浓度稀释到 5×10-11 mol/L时都有很明显的特征峰, 说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究, 发现其增强程度差别不大, 于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测, 发现其检测限度可达5×10-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10-7 mol/L)的最大残留限量, 可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单, 在普通实验室就能完成, 有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。
银纳米粒子 超疏水 表面增强 福美双 Ag nanoparticles Super hydrophobicity Surface Enhancement Thiram
1 1.中国科学院理化技术研究所 低温工程重点实验室, 北京 100190
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
具有分级结构的BN纳米薄膜展现出优异的超疏水性, 但由于该薄膜的制备过程复杂、成本昂贵, 不适宜大规模的生产和应用。与之相比, 基于疏水BN粉体的超疏水涂层的应用会更为便捷。本研究采用镁热还原氮化燃烧合成法结合酸洗工艺制备了疏水的单相BN粉体, 水接触角为(144.6±2.4)°, 疏水性可以归因于BN粉体颗粒具有的微纳分级结构。在此基础上, 以这种燃烧合成的疏水BN粉体为填料制备的BN/氟硅树脂复合涂层进一步表现出超疏水性, 其中质量分数30% BN/FSi树脂涂层的水接触角为(151.2±0.7)°, 滚动角约为8°。该涂层与文献报道的通过CVD方法制备的BN纳米薄膜的性能相当, 但工艺更加简单。这是一种利用陶瓷粉体的疏水性来制备超疏水有机无机复合涂层的简便易行的新方法, 有望获得广泛的工程应用。
燃烧合成 BN 疏水 超疏水涂层 combustion synthesis BN hydrophobicity super-hydrophobic coating
滁州学院材料与化学工程学院, 安徽 滁州 239000
以聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性环氧树脂(HYSZ)为粘合剂, Sm2O3为功能颜料, 纳米SiO2为微纳结构改性剂, 制备得到了一种同时具有良好疏水性能和附着力的近红外吸收涂层。 系统分析了PDMS和HYSZ质量比、 邻苯二甲酸二辛酯(DOP)添加量、 总填料添加量、 Sm2O3和纳米SiO2质量比对涂层性能的影响。 结果表明: PDMS改性可明显降低涂层的表面能, 从而使涂层的疏水性得到明显增强。 利用DOP强化涂层韧性和微观搭桥作用可增强涂层整体性, 从而可明显提高涂层的附着力和近红外吸收性能。 涂层的表面粗糙度可随总填料添加量的增加而明显升高, 进而可使涂层表现出更优的疏水性能。 当涂层中PDMS和HYSZ质量比、 DOP添加量、 总填料添加量、 Sm2O3和纳米SiO2质量比分别为1∶9, 20%, 50%和5.5∶4.5时, 涂层同时具有良好的近红外低反射率(59.1%)、 疏水性能(水接触角为137°)及附着力(2级)。
复合涂层 近红外吸收 疏水性 力学性能 Composite coatings Near-infrared absorption Hydrophobicity Mechanical properties 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2855
辽宁科技大学化学工程学院, 辽宁先进煤焦化省重点实验室, 鞍山 114051
以粉煤灰为原料制备五种不同浓度的硅酸钠溶液, 采用溶胶-凝胶法对硅酸钠溶液进行处理, 在常压干燥条件下获得了疏水性SiO2气凝胶。通过测试气凝胶的密度、比表面积和接触角, 研究了硅酸钠溶液模数m对气凝胶结构的影响, 阐述了气凝胶表面疏水改性的亲核取代SN1化学反应机制。研究结果表明, 气凝胶的疏水性能与其表面连接的硅甲基-Si-(CH3)3数目有直接关系, 当硅酸钠模数m=2.50时, 气凝胶的疏水性能最佳。气凝胶的密度和比表面积均随硅酸钠模数的增大而增大, 当硅酸钠模数m=0.75时, 气凝胶的密度和比表面积最小, 其值分别为0.073 9 g/cm3和588.5 m2/g。
气凝胶 硅酸钠 溶胶-凝胶 粉煤灰 模数 疏水性 aerogel sodium silicate sol-gel fly ash modulus hydrophobicity
采用激光冲击压印技术制备具有多级沟槽微织构的疏水性铜箔表面。首先通过激光标刻制备具有多级沟槽特征的微模具，然后通过激光冲击压印技术将微模具上的多级沟槽微织构复制到工件表面。研究了冲击次数、软膜厚度对工件多级沟槽微织构疏水表面的表面形貌、静态接触角的影响。结果表明：当冲击次数从1次增加到7次、软膜厚度从300 μm减少至100 μm时，工件表面复制微织构的程度逐渐变大，同时表面的静态接触角增大，疏水性增强。通过对工件微织构表面元素及其成分的测量发现，采用激光冲击压印技术制备的具有多级沟槽微织构疏水表面在空气、水以及质量分数3.5% NaCl溶液中放置21天后，仍保持为疏水性，体现出该工艺制备的疏水表面具有良好的时效性。
激光技术 激光冲击压印 沟槽微织构 疏水性 时效性 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714006
1 太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
2 阳煤集团纳谷(山西)气凝胶科创城管理有限责任公司研发中心，阳泉 045000
煤矸石作为固体废弃物虽然被用作发电燃料、煤矿填料与建筑材料，但其利用率仍然不高，如何提高煤矸石的高值化利用率成为了目前研究的热点。本文以山西煤矸石为原料，采用一步酸溶和溶胶-凝胶法，并经过常压干燥得到了Al2O3-SiO2气凝胶粉体。在溶剂置换与改性过程中引入超声波，研究了其对气凝胶的制备与性能的影响。采用BET、XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC及接触角测试对所得Al2O3-SiO2气凝胶粉体的结构与性能进行表征。结果表明，超声波的引入加快了反应速率，缩短了气凝胶的制备周期，所制备的Al2O3-SiO2气凝胶是一种具有纳米三维网络结构的介孔材料，堆积密度低至0.120 g/cm3，比表面积为635 m2/g，高温下收缩性小于传统水玻璃制备的SiO2气凝胶，并具有较好的疏水性。
煤矸石 活化 超声辅助 Al2O3-SiO2气凝胶 耐高温 疏水性 coal gangue activation ultrasonic assist Al2O3-SiO2 aerogel high temperature resistance hydrophobicity
1 上饶幼儿师范高等专科学校, 江西 上饶, 334000
2 温州大学电气与电子工程学院微纳光电器件重点实验室, 浙江 温州 325035
卤族钙钛矿量子点暴露在空气中,其发光效率通常很难保持稳定。本文采用磁力搅拌的方法把溴化铅铯量子点掺入到柔性微透镜阵列聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜中,显著提高了溴化铅铯量子点的稳定性。实验研究发现制备的溴化铅铯量子点PDMS膜浸泡在水中和反复拉伸1000次其发光效率不下降。重要的是在PDMS表面引入微透镜阵列结构,发现微透镜阵列能够显著提高溴化铅铯量子点PDMS膜的发光效率和疏水性。这种柔性微透镜阵列量子点PDMS膜有望用于柔性LED中提高器件的发光效率和疏水性。
微纳光学 钙钛矿量子点 微透镜阵列 发光效率 疏水性 中国激光
2021, 48(13): 1313001
Author Affiliations
Abstract
1 Nanyang Technological University, School of Electrical and Electronic Engineering, Singapore
2 Shanghai Jiao Tong University, School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai, China
3 Chinese Academy of Sciences, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, State Key Laboratory of Transducer Technology, Shanghai, China
4 Taiwan Chung Cheng University, Department of Mechanical Engineering, Minhsiung, Chiayi, China
5 Nanyang Technological University, School of Chemical and Biomedical Engineering, Singapore
Liquid droplets offer a great number of opportunities in biochemical and physical research studies in which droplet-based microlasers have come into play over the past decade. While the recent emergence of droplet lasers has demonstrated their powerful capabilities in amplifying subtle molecular changes inside the cavity, the optical interactions between droplet resonators and an interface remain unclear. We revealed the underlying mechanism of droplet lasers when interacting with a droplet–solid interface and explored its correlation with intermolecular forces. A vertically oriented oscillation mode—arc-like mode—was discovered, where the number of lasing modes and their Q-factors increase with the strength of interfacial hydrophobicity. Both experimental and theoretical results demonstrated that hydrophobicity characterized by contact angle and interfacial tension plays a significant role in the geometry of droplet cavity and laser mode characteristics. Finally, we demonstrated how tiny forces induced by proteins and peptides could strongly modulate the lasing output in droplet resonators. Our findings illustrate the potential of exploiting optical resonators to amplify intermolecular force changes, providing comprehensive insights into lasing actions modulated by interfaces and applications in biophysics.
microlaser droplet resonator intermolecular forces biointerface lasing action hydrophobicity Advanced Photonics
2021, 3(1): 016003
