微納米結構超疏水表面潤濕性的研究

第40卷第3期力學進展vol.40no.3 2010年5月25日advancesinmechanicsmay25,2010 超疏水表面滑移理論及其減阻應用研究進展* 王新亮狄勤豐?張任良顧春元 上海大學,上海市應用數學和力學研究所,上海200072 上海大學,上海市力學在能源工程中的應用重點實驗室,上海200072 摘要減阻技術對提高原油采收率、降低液體流動阻力具有十分重要的意義.通過論述超疏水表面結構的 基本理論、超疏水表面形成的主要影響因素和近年來仿生超疏水表面的制備方法,綜合分析了超疏水表面滑 移理論和基于這一理論的減阻技術的研究進展,并簡單介紹了其在石油儲層微孔道納米降壓減阻方面的應用, 展望了超疏水表面滑移理論及其減阻技術的研究重點及應用前景. 關鍵詞超疏水,潤濕性,表

超疏水性納米界面材料的制備及其研究進展3 劉　霞 1 ,高　原 1,2 ,呼愛妮 1 ,郭　云 2 ,謝朝陽 2 (1　煙臺大學環(huán)境與材料學院,煙臺264005;2　中國空間技術研究院蘭州物理所 真空低溫技術與物理國家級重點實驗室,蘭州730000) 摘要　　超疏水表面在自清潔、防腐蝕和生物相容性等方面所展示的獨特性能以及在國防、工農業(yè)生產和日常 生活中的潛在應用前景,引起了研究者的極大關注。在簡要總結超疏水界面理論的基礎上,綜述了超疏水界面材料 在制備及性能方面取得的一些新進展,探討了這一領域存在的問題及可能的發(fā)展方向。 關鍵詞　　超疏水　接觸角　表面形貌 中圖分類號:o647 preparationandresearchprogressofsuper2hydrophobicnanoscale interfacialmater

將石英砂與表面修飾改性的納米氧化鋅微粒及氟硅樹脂混合經高溫處理制備了具有"荷葉效應"的超疏水控水砂,通過顯微鏡、紅外光譜、接觸角、耐溫性測試及巖心流動驅替實驗評價了該超疏水控水砂的結構與性能。結果表明:超疏水控水砂表面具有荔枝皮狀粗糙結構,水在復合粒子構成的非均相界面上的接觸角符合cassie模型;水在超疏水復合砂表面的靜態(tài)接觸角達158°,滾動角約為5°,達到超疏水要求;80℃條件下,巖心流動驅替nfrr值為5.3,表明該超疏水控水砂具有優(yōu)良的控水性能;耐溫達到120℃。合成的控水砂在勝利油田高含水區(qū)塊進行了4井次的現(xiàn)場先導試驗,現(xiàn)場應用效果明顯,初期平均降水率達16.55%。

采用一種簡單的方法制備出了硅橡膠超疏水性表面;將模具內表面做成一定的粗糙度;按照常規(guī)成型工藝,將液體硅橡膠澆注在模具內使其固化,待固化完畢后脫去模具,得到不同粗糙度的表面。經過接觸角測量儀測定和掃描電子顯微鏡分析,結果表明:當硅橡膠表面粗糙度ra=6.63μm時,在其表面形成了類似于荷葉的乳突結構;在乳突表面還有亞微米級的小顆粒存在,形成了微米亞微米兩級的粗糙結構,材料表面與水的靜態(tài)接觸角為153.5°,滾動角為8°,材料具有超疏水性;當硅橡膠表面粗糙度ra6.63μm,材料表面的靜態(tài)接觸角隨著表面粗糙度的增加而減小。

采用水熱法結合氟硅烷修飾直接在鋼鐵表面制備超疏水膜。疏水膜的疏水性與鋼鐵基底的微納米結構有重要關系。結果表明,以乙二胺為溶劑,經140℃水熱反應4h和160℃水熱反應5h,可以在鋼鐵表面制得具有次級網狀結構的正八面體、花狀等微納米精細結構,再經氟硅烷修飾后表現(xiàn)出良好的超疏水性,與水滴的接觸角分別達到156.49和165.31°。xrd的分析結果表明,該微納米結構的主要成分是fe3o4,它的形成一方面提供了制備超疏水表面所必須的微納米精細結構,另一方面又為與氟硅烷發(fā)生反應生成牢固的薄膜創(chuàng)造了條件。電化學分析結果表明,超疏水膜層的存在顯著降低了鋼鐵基底的腐蝕傾向。

該文利用自組裝技術,在hno3(質量分數6.5%)刻蝕的銅表面制備了(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷(mpts)與正辛基三乙氧基硅烷(os)的復合納米薄膜,并通過紅外光譜對膜結構進行了分析。通過掃描電子顯微鏡確定了該復合膜具有納米-微米級粗糙結構;靜態(tài)接觸角達158.6°,滾動角為3°,表明該膜具有超疏水性能;鹽水實驗證明該復合膜有效地提高了銅的耐腐蝕能力。

為研究復合法制備超疏水表面過程中主要工藝參數對表面形貌及超疏水性能的影響,開發(fā)了一種噴砂-陽極氧化復合方法,在鋁合金表面構筑了微米-納米二級結構,經氟化處理后獲得了超疏水特性.結果表明,噴砂處理在鋁合金表面通過沖蝕的凹坑構筑出微米結構,陽極氧化則在鋁合金表面通過蜂窩狀氧化膜構筑納米結構.但單純構筑粗糙結構或單純改變表面化學組成均不能在鋁合金表面獲得超疏水特性.單純的微米結構或納米結構,即使有低表面能聚合物修飾也不能獲得超疏水特性.只有微米-納米二級結構和低表面能聚合物的協(xié)同作用,才能有效構筑鋁合金超疏水表面.這種鋁合金與水滴接觸時,形成的氣阱可減小固體表面與水滴的接觸面積,降低表面與水滴間的熱量交換,從而減緩水分子的凝結,提高鋁合金的抗霜凍性.同時,氣阱還可有效減緩海水的腐蝕,提高鋁合金的耐海水腐蝕性.

在不使用乳化劑的情況下,利用分子自組裝聚合技術制備了丙烯酸聚酯納米乳液,用tem、dsc、ft-ir方法對聚合物的結構與性能進行了表征,tem結果表明該納米乳液粒徑小于100nm。用它制成了水性嵌段型納米結構內墻漆,形成的漆膜非常致密,并且漆膜機械強度高、附著力強,防護性能優(yōu)良。試驗結果表明了其耐洗刷性有很大提高,可以達到5000次以上。

鋁合金表面超疏水涂層的制備及其耐蝕性能 李松梅*王勇干劉建華韋巍 (北京航空航天大學材料科學與工程學院,北京100083) 摘要：基于含氟聚氨酯和納米sio2的協(xié)同作用,在鋁合金表面成功制備了一層超疏水涂層.用紅外光譜、掃描 電鏡和電化學測試等技術對超疏水涂層進行了表征和分析.紅外光譜結果表明,硅烷偶聯(lián)劑(a1100)成功鍵合到 納米sio2表面.掃描電鏡和接觸角測定儀對涂層的表面形貌表征結果表明,涂層表面存在微米鄄亞微米尺度的粗 糙結構,接觸角可達到156毅,滾動角小于5毅.電化學測試(交流阻抗和極化曲線)結果表明,所得到的涂層極大地 提高了鋁合金的耐蝕性能. 關鍵詞：超疏水；硅烷偶聯(lián)劑；電化學測試；耐蝕性 中圖分類號：o648 preparationofsuperhydrophobiccoat

用正交法研究了在rpvc體系中添加親水性mmt填料、稀土及cpe后潤濕性的變化,考察了不同加入量對接觸角的影響。結果表明:當本實驗3變量因素的配比為:mmt/稀土/cpe=15/0.3/10時,測得制品的接觸角是54°25′,比純pvc配方體系的89°降低了近35°。同時對體系進行的力學性能考察表明,加入少量稀土可使cpe增韌pvc體系的拉伸強度提高256%,使斷裂伸長率提高949%。

采用含fecl3的蝕刻液對不銹鋼表面進行刻蝕,再以此蝕刻面為模板熱壓低密度聚乙烯(ldpe),冷卻剝離得到ldpe微模塑表面。研究結果表明:靜、動態(tài)接觸角均超過150°,滾動角約5°,ldpe表面呈"花菜狀"結構,即大"包"上密集分布著微米及亞微米級的小突起。本工藝可望結合工業(yè)上生產塑料薄膜的流延技術,實現(xiàn)聚合物超疏水表面的規(guī)模化生產。

在不使用乳化劑的情況下,利用分子自組裝聚合技術制備了一種新型丙烯酸聚酯納米乳液,并對聚合物的結構與性能用tem、dsc、ft-ir方法進行了表征。在納米乳液的基礎上制成了水性嵌段型納米結構外墻漆,它具有良好的耐水性、物理機械性能及裝飾防護性能。結果表明,其耐洗刷性能有很大提高,可以達到10000次以上。

為了改善樟子松單板表面的潤濕性,提高木塑復合材料的界面結合,以樟子松單板為研究對象,對其表面進行改性處理。采用接觸角測定儀測定不同探測液在其表面的接觸角,得知其表面潤濕性,進而推導出其表面自由能。結果表明:偶聯(lián)劑改性樟子松單板可以有效提高木材表面自由能,且隨著偶聯(lián)劑量的適當增加,木材表面的自由能增加,從而提高木材與塑料的界面結合性。

《納米結構與納米材料》是我校材料科學與工程材料專業(yè)開設的一門專業(yè)選修課,其目的是拓寬學生的知識面,使其了解材料科學研究的前沿領域,認識科學研究的正確思維方式,并學到材料制備的具體方法,培養(yǎng)其創(chuàng)新創(chuàng)造能力,為他們走上新的工作和科研崗位打下基礎.結合授課經驗和課程教學思考,從當前該課程教學的目的、教材和教學內容的選擇、教學方法的嘗試、實驗輔助教學、雙語課程的開展等方面并提出了一些課程質量提升措施和建議.

CTAB改變油濕性砂巖表面潤濕性機理的研究-論文

《納米結構與納米材料》是我校材料科學與工程材料專業(yè)開設的一門專業(yè)選修課,其目的是拓寬學生的知識面,使其了解材料科學研究的前沿領域,認識科學研究的正確思維方式,并學到材料制備的具體方法,培養(yǎng)其創(chuàng)新創(chuàng)造能力,為他們走上新的工作和科研崗位打下基礎.結合授課經驗和課程教學思考,從當前該課程教學的目的、教材和教學內容的選擇、教學方法的嘗試、實驗輔助教學、雙語課程的開展等方面并提出了一些課程質量提升措施和建議.

論-CTAB改變油濕性砂巖表面潤濕性機理的研究

近年來，超疏水表面因在眾多領域具有重要的用途而引起了研究者的廣泛重視，本文將對刻蝕法制備超疏水表面的研究進展作一介紹。

潤濕性是木質材料的一個重要界面特性,直接影響其膠合性能。為了優(yōu)化集成材膠合工藝,以小徑級杉木為研究對象,通過測量脲醛膠與聚氨酯膠在杉木試樣表面的接觸角,對杉木徑切面、弦切面、心邊材及不同粗糙度表面的潤濕性進行了測評。結果表明:杉木徑切面的潤濕性優(yōu)于弦切面,邊材潤濕性優(yōu)于心材,并且表面潤濕性隨粗糙度的增加而提高。建議杉木集成材膠合時,盡量選擇徑切面作為膠合面,并適當增加膠合面的表面粗糙度。

綜述了目前鎂、鋁合金表面自納米化制備方法、性能、耐蝕性等方面的研究。材料經表面自納米化后,表面納米層有良好的熱穩(wěn)定性,表面硬度明顯提高,不同的工藝對耐蝕性影響不同。提出了表面自納米化技術研究還需解決的問題及趨勢。

自然界中,超疏水表面由于其特殊的潤濕性而受到極大的關注。此類表面廣泛存在于植物葉子、昆蟲翅膀、鳥類羽毛及動物皮毛之中,其擁有較大的接觸角和較小的滯后角。液滴能夠在超疏水表面快速彈離的特性與許多工程應用息息相關,例如,抗結冰、滴狀冷凝傳熱和防污等。液滴與固體表面接觸過程中,兩者之間的質量、動量和能量交換與液滴同表面的接觸時間密切相關,超疏水表面可使固液接觸時間最小化。液滴在超疏水表面上碰撞時,通常要經歷鋪展和回縮階段,最后彈離

玻璃最能被辨認的特點之一是能夠反射光線，而美國麻省理工學院研究人員在玻璃表面創(chuàng)建出一種納米結構，使其幾乎消除了反射。由于它沒有眩光，而且表面的水滴能如小橡膠球一樣反彈，令人幾乎無法辨認出這是玻璃。