x管线钢基体制备cuo超疏水表面及防垢性能表征分析

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1、X90管线钢基体制备CuO超疏水表面及防垢性能表征学生姓名：胡锦辉学号：12044105专业班级：材料1201指导教师：于思荣教授2016年3月24日X90管线钢基体制备CuO超疏水表面及防垢性能表征摘要自然界和日常生活中常见的润湿性现象是人们研究固体表面的重要性质。在发现自然界中存在的多种疏水现象之后，人们通过研究，得知其机理在于表面存在粗糙不平的微纳米结构，根据仿生科学制造出了超疏水表面涂层。该涂层在防垢、自清洁、耐腐蚀、抗结冰和流体减阻等方面有着重要的科学价值，因此，超疏水的研究在科学领域有着广阔的前

2、景。本文以X90管线钢为基底，经过电沉积法在管线钢表面电镀铜膜之后，再利用水热反应使其进行氧化，得到粗糙表面，为了降低其表面自由能，最后在全氟辛酸中浸泡七天来对表面进行修饰。最终得到的超疏水表面布满纳米级的氧化铜颗粒，与水的接触角可达。实验过程中，确定了。关键词：超疏水；表面修饰；接触角Abstract第1章引言1.1课题来源与意义丰富多彩的自然环境和包罗万象的自然界给予了我们发明创造的动力和源泉。许多我们生活中的发明和发现就是来自于大自然。超疏水就是根据自然界中的一些现象所提出来的概念。关于超疏水概念的现

3、象，最著名的就是荷叶（lotusleaf），古诗有云：“出淤泥而不染，濯清涟而不妖”，荷叶有着良好的超疏水性和自清洁性能，因此，在早期有学者提出了“荷叶效应”[1]（lotuseffect）这一概念。自然界还存在许多这种类似的现象，水黾、蝴蝶、美人蕉等都有这独特的超疏水性能。学者们对于荷叶产生的超疏水性质已经做出了科学合理的解释。人们发现，荷叶表面存在大量的微米级乳突结构和纳米级颗粒形成的蜡质层。正是由于荷叶表面这种微米与纳米相复合的阶层结构，水滴才很难浸入荷叶表面，荷叶也就具有了超疏水的性能，同时，由于水

4、滴容易滚动并带走表面的污垢，所以也具有自清洁[2]的作用。同时，荷叶表面超疏水的研究机理也揭示了另外一种现象，即蝴蝶在阴雨天气中可以不受阻碍的飞翔。研究发现[3]，蝴蝶翅膀的鳞片呈规则排列，结构紧密的齿状，脊脉之间形成了微纳米结构[4]，当水滴落到蝴蝶翅膀表面时，就会锁住大量的空气，由于在翅膀表面形成了一层空气膜，水滴无法直接接触翅膀，导致翅膀也就无法被沾湿，即蝴蝶表面时刻笼罩了一层气垫，表现出了超疏水特性。超疏水性质与固体表面对液体的润湿性有着极大的关系。润湿性就是固体界面由固-气界面转化为固-液界面的现

5、象，这种性质用接触角来衡量。只有当固-液接触角大于150°的时候，这样的固体表面才能是超疏水的表面。超疏水表面通常都有微米级和纳米级相复合的微观结构，也正是由于这种特殊结构，特殊性质，使得超疏水表面在防水，船舶摩擦减阻，自清洁，生物生物医学，光电材料等方面有着广阔的应用前景。1.2超疏水表面制备的研究现状多年以来，因为在超疏水表面制备方面取得了重大进展以及超疏水表面在实际工程中的广泛应用，人们不断开发新的更加高效的制备方案，制备技术也越加成熟。从原理上来说，超疏水表面有两种制备方法：一是在表面上获得粗糙结构

6、；二是添加低表面能的物质，获得低能表面。从而衍生出各种制备方法，如电沉积法、溶胶-凝胶法、水热法、刻蚀法、模板法、电纺法等。1.2.1电沉积法Li等[11]利用电沉积的方法，在硫酸铜溶液中使得金箔表面电镀上了一层粗糙的铜膜，在经过正十一硫醇的修饰之后，获得了超疏水的特性。但此方法用材昂贵，成本较高，且易产生污染等缘故，所以在实际生产中应用并不广泛。Zhang等[12]利用电沉积的方法，在金离子聚合物溶液中使得氧化铟表面形成了一层粗糙的薄膜，在经过正十二烷的修饰之后，获得了超疏水的性能。于得旭等[13]利用电

7、沉积的方法，在铜表面上获得了微纳米双尺度粗糙度的结构，在经过硫酸钾和氢氧化钠溶液的浸泡和氟硅烷的修饰之后，获得了超疏水的性能。该方法可以获得158.5°的静态接触角，且耐腐蚀性能也比较好，同时，成本低，不容易产生污染，也不需要添加任何的添加剂。1.2.2溶胶-凝胶法徐桂龙等[14]选用了两种水解速度不同的前驱体，分别是甲基三乙氧基硅烷（MTES）和正硅酸乙酯（TEOS）。通过控制他们的水解速度，可以分别获得带有亲水基团-OH和疏水基团-CH3的SiO2溶胶。通过控制工艺，使得纳米级的SiO2形成自发团簇，形

8、成具有微纳米双尺度粗糙度的表面。张明等[15]利用合成的疏水性的二氧化硅粒子，与聚苯乙烯混合，按照滴状涂覆的方式，在木材表面制备了超疏水薄膜。在电镜下可以看到，薄膜上具有双尺度粗糙度结构，即微米级的乳突上有许多纳米级的结构。这使得木材具有高达153°的接触角和耐腐蚀性能，以及空气稳定性。溶胶-凝胶法具有成本低廉、操作简单、反应条件温和等优点，现在还可以制备透明的超疏水薄膜，拓宽了其在新领域中的应用。1.2.3水热