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 公牛集团股份有限公司, 宁波 315311
2 陕西科技大学 材料科学与工程学院, 西安 710021
3 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
为了解决厨房用开关面板抗油污沉积的问题, 采用飞秒激光在开关面板表面制备出微纳米复合结构表面, 实现了超疏水性, 进而减少油污沉积附着,研究了聚碳酸酯(PC)开关面板的激光烧蚀阈值、不同激光工艺参数和微纳结构对表面浸润性的影响。结果表明, PC开关面板在515nm波段下的烧蚀阈值为1.66μJ; 当激光能量为1.6μJ、扫描速率为200mm/s、搭接率为1/3线宽时, 其表面液滴接触角为161°, 表现出超疏水特性。经激光表面处理后的PC面板具有超疏水性,可实现表面的自清洁作用, 显示出巨大的市场潜力。
激光技术 微纳结构的超疏水性 飞秒激光加工 开关面板 laser technique superhydrophobic of micro/nano structure femtosecond laser process switch panel
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 华东交通大学土木建筑学院, 南昌 330013
2 同济大学材料科学与工程学院, 上海 201804
基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验, 考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响, 并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明: 在疏水性纳米SiO2掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下, 石膏流动性能改善效果最佳, 相较于未改性的石膏提高了38%, 得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程, 流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%; 最佳优化条件下, 改性石膏粉末流速为3.16 g/s, 可连续流动, 粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度, 有利于石膏材料在3D打印中的应用。
石膏粉末 流动性 响应曲面法 粉末3D打印 休止角 疏水性纳米二氧化硅 可溶性淀粉 gypsum powder fluidity response surface method 3D powder printing angle of repose hydrophobic nanosilica soluble starch
为了研究紫外皮秒激光在均热板基板表面刻蚀微沟槽后, 不同激光工艺参数对微沟槽表面疏水性的影响规律, 采用Cassie-Baxter模型进行了理论分析, 并利用单因素实验法, 改变激光扫描速率、激光扫描间距、光斑横向重叠次数进行实验验证。结果表明, 降低固-液区域面积占比、宽度或缩短沟槽间距, 均可以提升微沟槽表面的疏水性能; 造成微沟槽表面疏水的主要原因是其内部的微纳结构以及加工时吸附的疏水性化学基团; 当激光扫描速率为125mm/s、激光扫描间距为200μm、光斑横向重叠次数为2次时, 紫外皮秒激光刻蚀出的微沟槽表面的疏水性最强。该研究为增强均热板冷凝端的疏水性能、提升其整体循环效率提供了参考。
激光技术 激光刻蚀 皮秒激光 微沟槽 疏水性 laser technique laser etching picosecond laser microgroove hydrophobic
