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铝基超疏水表面制备方法研究

窦庆乐

   超疏水表面是指与水的接触角大于150°,滚动角小于10°的表面。由于超疏水表面具有自清洁、抗玷污、防结冰、减阻减摩和抑制表面氧化等特性,在建筑、纺织、通讯、军事和航空领域有着广阔的应用前景。然而,现有的超疏水表面制备技术存在设备昂贵、工艺复杂、难以大面积制备等问题,在一定程度上限制了超疏水表面的发展。金属铝及其合金具有优良的物理化学性质,在现代工业中应用广泛。以简单经济的方法在金属铝基体上制备超疏水表面,尤其是大面积超疏水表面,对促进金属基超疏水表面的发展和应用意义重大。 该论文研究了电化学阳极蚀除法制备铝基超疏水表面基底,并成功地把这种方法应用于大面积铝基超疏水表面的制备。 提出利用外加电场和中性电解液(NaCl)的共同作用,诱导铝表面的晶界/位错优先蚀除,构建超疏水表面所需要的微/纳米结构基底。经过氟硅烷修饰后,表面与水的接触角达到167°,滚动角小于3°。实验研究了电解液种类、加工电流、加工时间、加工电压对超疏水表面的影响,确定了较优制备条件。扫描电镜分析表明,加工后的铝表面具有很多2~5μm宽、2~5μm深的凹坑,同时整个表面上又布满1~2μm的台阶状结构,构成超疏水表面所需的双重微观结构。 从宏观和微观两方面研究了不同去除量下铝片表面形貌对表面超疏水性的影响;研究了相同去除量下,不同去除速度对表面超疏水性的影响。结果表明,对于9cm2的铝片,去除量达到0.20g时原始表面去除均匀、完全,表面超疏水性较好;电流密度小于等于25mA/cm2时,得到较好的表面超疏水性,而电流密度超过35 mA/cm2时,表面超疏水性有所下降。 提出利用移动阴极电化学加工方法制备大面积铝基超疏水表面。建立实验装置并进行实验,结果显示:移动阴极电化学加工大面积超疏水表面可行,可解决以往大面积超疏水表面难以制备的问题。较优参数下加工出的表面具有很好的超疏水性,平均接触角达到167°,滚动角小于3°。……   
[关键词]:电化学加工;超疏水表面;微/纳米结构;晶界/位错;大面积加工
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2010年