微納米結(jié)構(gòu)超疏水表面潤(rùn)濕性的研究

第40卷第3期力學(xué)進(jìn)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(yīng)用研究進(jìn)展* 王新亮狄勤豐?張任良顧春元 上海大學(xué),上海市應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所,上海200072 上海大學(xué),上海市力學(xué)在能源工程中的應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200072 摘要減阻技術(shù)對(duì)提高原油采收率、降低液體流動(dòng)阻力具有十分重要的意義.通過(guò)論述超疏水表面結(jié)構(gòu)的 基本理論、超疏水表面形成的主要影響因素和近年來(lái)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(shù)的研究進(jìn)展,并簡(jiǎn)單介紹了其在石油儲(chǔ)層微孔道納米降壓減阻方面的應(yīng)用, 展望了超疏水表面滑移理論及其減阻技術(shù)的研究重點(diǎn)及應(yīng)用前景. 關(guān)鍵詞超疏水,潤(rùn)濕性,表

超疏水性納米界面材料的制備及其研究進(jìn)展3 劉　霞 1 ,高　原 1,2 ,呼愛(ài)妮 1 ,郭　云 2 ,謝朝陽(yáng) 2 (1　煙臺(tái)大學(xué)環(huán)境與材料學(xué)院,煙臺(tái)264005;2　中國(guó)空間技術(shù)研究院蘭州物理所 真空低溫技術(shù)與物理國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dú)特性能以及在國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常 生活中的潛在應(yīng)用前景,引起了研究者的極大關(guān)注。在簡(jiǎn)要總結(jié)超疏水界面理論的基礎(chǔ)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(jìn)展,探討了這一領(lǐng)域存在的問(wèn)題及可能的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞　　超疏水　接觸角　表面形貌 中圖分類(lèi)號(hào):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(shù)脂混合經(jīng)高溫處理制備了具有"荷葉效應(yīng)"的超疏水控水砂,通過(guò)顯微鏡、紅外光譜、接觸角、耐溫性測(cè)試及巖心流動(dòng)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了該超疏水控水砂的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果表明:超疏水控水砂表面具有荔枝皮狀粗糙結(jié)構(gòu),水在復(fù)合粒子構(gòu)成的非均相界面上的接觸角符合cassie模型;水在超疏水復(fù)合砂表面的靜態(tài)接觸角達(dá)158°,滾動(dòng)角約為5°,達(dá)到超疏水要求;80℃條件下,巖心流動(dòng)驅(qū)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(dá)到120℃。合成的控水砂在勝利油田高含水區(qū)塊進(jìn)行了4井次的現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果明顯,初期平均降水率達(dá)16.55%。

采用一種簡(jiǎn)單的方法制備出了硅橡膠超疏水性表面;將模具內(nèi)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(nèi)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(jīng)過(guò)接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定和掃描電子顯微鏡分析,結(jié)果表明:當(dāng)硅橡膠表面粗糙度ra=6.63μm時(shí),在其表面形成了類(lèi)似于荷葉的乳突結(jié)構(gòu);在乳突表面還有亞微米級(jí)的小顆粒存在,形成了微米亞微米兩級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu),材料表面與水的靜態(tài)接觸角為153.5°,滾動(dòng)角為8°,材料具有超疏水性;當(dāng)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(jié)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(jié)構(gòu)有重要關(guān)系。結(jié)果表明,以乙二胺為溶劑,經(jīng)140℃水熱反應(yīng)4h和160℃水熱反應(yīng)5h,可以在鋼鐵表面制得具有次級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的正八面體、花狀等微納米精細(xì)結(jié)構(gòu),再經(jīng)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(dá)到156.49和165.31°。xrd的分析結(jié)果表明,該微納米結(jié)構(gòu)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(xì)結(jié)構(gòu),另一方面又為與氟硅烷發(fā)生反應(yīng)生成牢固的薄膜創(chuàng)造了條件。電化學(xué)分析結(jié)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(shù),在hno3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fù)合納米薄膜,并通過(guò)紅外光譜對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。通過(guò)掃描電子顯微鏡確定了該復(fù)合膜具有納米-微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu);靜態(tài)接觸角達(dá)158.6°,滾動(dòng)角為3°,表明該膜具有超疏水性能;鹽水實(shí)驗(yàn)證明該復(fù)合膜有效地提高了銅的耐腐蝕能力。

為研究復(fù)合法制備超疏水表面過(guò)程中主要工藝參數(shù)對(duì)表面形貌及超疏水性能的影響,開(kāi)發(fā)了一種噴砂-陽(yáng)極氧化復(fù)合方法,在鋁合金表面構(gòu)筑了微米-納米二級(jí)結(jié)構(gòu),經(jīng)氟化處理后獲得了超疏水特性.結(jié)果表明,噴砂處理在鋁合金表面通過(guò)沖蝕的凹坑構(gòu)筑出微米結(jié)構(gòu),陽(yáng)極氧化則在鋁合金表面通過(guò)蜂窩狀氧化膜構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu).但單純構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)或單純改變表面化學(xué)組成均不能在鋁合金表面獲得超疏水特性.單純的微米結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu),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(jí)結(jié)構(gòu)和低表面能聚合物的協(xié)同作用,才能有效構(gòu)筑鋁合金超疏水表面.這種鋁合金與水滴接觸時(shí),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(jié),提高鋁合金的抗霜凍性.同時(shí),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(shù)制備了丙烯酸聚酯納米乳液,用tem、dsc、ft-ir方法對(duì)聚合物的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征,tem結(jié)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(jié)構(gòu)內(nèi)墻漆,形成的漆膜非常致密,并且漆膜機(jī)械強(qiáng)度高、附著力強(qiáng),防護(hù)性能優(yōu)良。試驗(yàn)結(jié)果表明了其耐洗刷性有很大提高,可以達(dá)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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)測(cè)試等技術(shù)對(duì)超疏水涂層進(jìn)行了表征和分析.紅外光譜結(jié)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(cè)定儀對(duì)涂層的表面形貌表征結(jié)果表明,涂層表面存在微米鄄亞微米尺度的粗 糙結(jié)構(gòu),接觸角可達(dá)到156毅,滾動(dòng)角小于5毅.電化學(xué)測(cè)試(交流阻抗和極化曲線(xiàn))結(jié)果表明,所得到的涂層極大地 提高了鋁合金的耐蝕性能. 關(guān)鍵詞：超疏水；硅烷偶聯(lián)劑；電化學(xué)測(cè)試；耐蝕性 中圖分類(lèi)號(hào)：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(rùn)濕性的變化,考察了不同加入量對(duì)接觸角的影響。結(jié)果表明:當(dāng)本實(shí)驗(yàn)3變量因素的配比為:mmt/稀土/cpe=15/0.3/10時(shí),測(cè)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(shí)對(duì)體系進(jìn)行的力學(xué)性能考察表明,加入少量稀土可使cpe增韌pvc體系的拉伸強(qiáng)度提高256%,使斷裂伸長(zhǎng)率提高949%。

采用含fecl3的蝕刻液對(duì)不銹鋼表面進(jìn)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(jié)果表明:靜、動(dòng)態(tài)接觸角均超過(guò)150°,滾動(dòng)角約5°,ldpe表面呈"花菜狀"結(jié)構(gòu),即大"包"上密集分布著微米及亞微米級(jí)的小突起。本工藝可望結(jié)合工業(yè)上生產(chǎn)塑料薄膜的流延技術(shù),實(shí)現(xiàn)聚合物超疏水表面的規(guī)?；a(chǎn)。

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

為了改善樟子松單板表面的潤(rùn)濕性,提高木塑復(fù)合材料的界面結(jié)合,以樟子松單板為研究對(duì)象,對(duì)其表面進(jìn)行改性處理。采用接觸角測(cè)定儀測(cè)定不同探測(cè)液在其表面的接觸角,得知其表面潤(rùn)濕性,進(jìn)而推導(dǎo)出其表面自由能。結(jié)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(dāng)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(jié)合性。

《納米結(jié)構(gòu)與納米材料》是我校材料科學(xué)與工程材料專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課,其目的是拓寬學(xué)生的知識(shí)面,使其了解材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域,認(rèn)識(shí)科學(xué)研究的正確思維方式,并學(xué)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(chǔ).結(jié)合授課經(jīng)驗(yàn)和課程教學(xué)思考,從當(dāng)前該課程教學(xué)的目的、教材和教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的嘗試、實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)、雙語(yǔ)課程的開(kāi)展等方面并提出了一些課程質(zhì)量提升措施和建議.

CTAB改變油濕性砂巖表面潤(rùn)濕性機(jī)理的研究-論文

《納米結(jié)構(gòu)與納米材料》是我校材料科學(xué)與工程材料專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課,其目的是拓寬學(xué)生的知識(shí)面,使其了解材料科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域,認(rèn)識(shí)科學(xué)研究的正確思維方式,并學(xué)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(chǔ).結(jié)合授課經(jīng)驗(yàn)和課程教學(xué)思考,從當(dāng)前該課程教學(xué)的目的、教材和教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法的嘗試、實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)、雙語(yǔ)課程的開(kāi)展等方面并提出了一些課程質(zhì)量提升措施和建議.

論-CTAB改變油濕性砂巖表面潤(rùn)濕性機(jī)理的研究

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

潤(rùn)濕性是木質(zhì)材料的一個(gè)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(jí)杉木為研究對(duì)象,通過(guò)測(cè)量脲醛膠與聚氨酯膠在杉木試樣表面的接觸角,對(duì)杉木徑切面、弦切面、心邊材及不同粗糙度表面的潤(rùn)濕性進(jìn)行了測(cè)評(píng)。結(jié)果表明:杉木徑切面的潤(rùn)濕性?xún)?yōu)于弦切面,邊材潤(rùn)濕性?xún)?yōu)于心材,并且表面潤(rùn)濕性隨粗糙度的增加而提高。建議杉木集成材膠合時(shí),盡量選擇徑切面作為膠合面,并適當(dāng)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(jīng)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(duì)耐蝕性影響不同。提出了表面自納米化技術(shù)研究還需解決的問(wèn)題及趨勢(shì)。

自然界中,超疏水表面由于其特殊的潤(rùn)濕性而受到極大的關(guān)注。此類(lèi)表面廣泛存在于植物葉子、昆蟲(chóng)翅膀、鳥(niǎo)類(lèi)羽毛及動(dòng)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?gòu)楇x的特性與許多工程應(yīng)用息息相關(guān),例如,抗結(jié)冰、滴狀冷凝傳熱和防污等。液滴與固體表面接觸過(guò)程中,兩者之間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換與液滴同表面的接觸時(shí)間密切相關(guān),超疏水表面可使固液接觸時(shí)間最小化。液滴在超疏水表面上碰撞時(shí),通常要經(jīng)歷鋪展和回縮階段,最后彈離

玻璃最能被辨認(rèn)的特點(diǎn)之一是能夠反射光線(xiàn)，而美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員在玻璃表面創(chuàng)建出一種納米結(jié)構(gòu)，使其幾乎消除了反射。由于它沒(méi)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(wú)法辨認(rèn)出這是玻璃。