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  • “最能耐”的超疏水涂層!
    2020-12-28 10:49:28 作者:本網整理 來源:高分子科學前沿 分享至:

    近日,北京大學新材料學院吳忠振團隊采用傳統的等離子體電解氧化工藝(PEO)開發了批量制備純無機超疏水氧化鋁的新方法,該技術可以一次性在鋁合金表面構建出類荷葉狀的T型微納結構,體現出強大的環境魯棒性能。

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    據悉,超疏水材料在防水防霧、防結冰、水中減阻等領域具有廣泛的應用,是界面科學的重要研究方向。但由于超疏水性能的實現大多需要含F,Si的有機低表面能物質修飾,其機械、高溫穩定性以及耐久性都受到極大挑戰。


    2014 年美國加州大學洛杉磯分校的Chang-Jin Kim教授提出設計特定T型結構改變液滴潤濕受力方向,即可使任何高表面能材料實現超疏水性能[Science, 2014, 346(6213): 1096-1100]。然而這種上寬下窄型微納結構的制備存在效率低、成本高的問題,無法實現大面積的簡單制備。


    課題組團隊借鑒電化學原理,通過計算機仿真設計電場強度在涂層中的分布,并通過改變PEO電解液特性,利用PEO涂層中天然產生的孔洞結構來實現定向刻蝕,從而實現了上寬下窄的荷葉狀微納結構的批量簡單制備,具體制備過程如示意圖1所示。該方法工藝簡單,易規模化批量制備,成本低,具有較大的工業應用優勢。

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    圖1  類T型結構無機超疏水氧化鋁涂層制備示意圖


    通過對制備結構的氧化鋁涂層的表面測試發現,獲得的無機氧化鋁涂層在不經任何有機修飾即可實現150±3°的水滴接觸角和8±2°的水滴滾動角,表現出有優異的超疏水性能。而且,該結構無機超疏水涂層具有無機陶瓷材料獨特的耐候性、耐火性以及耐腐蝕性能,在360天日光下暴曬、火焰燃燒以及中性鹽霧腐蝕環境中,均能保持明顯的超疏水特性,如圖2所示。 

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    圖2  類T型結構無機超疏水氧化鋁涂層的浸潤性和穩定性


    相關工作以題目“ Scalable Superhydrophobic T-shape Micro/nano Structured Inorganic Alumina Coatings”的文章發表在化學工程領域頂級期刊 Chemical Engineering Journal上。該工作是課題組針對第三代純無機超疏水材料研究的系列工作之一,結合之前發表在《Research》期刊上的θ-Al2O3相超疏水涂層材料,正式揭開了常規等離子體電解氧化技術簡單制備超疏水純無機陶瓷涂層的序幕!

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