823 / 2022-07-05 21:33:15

管线钢仿生免修饰超疏水Cu层的制备及其阻垢行为研究

有研究表明微/纳米结构表面无需低能改性，在空气中放置一定时间即可实现超疏水性。然而，润湿性转变的原因及其机制尚缺少系统的解释。本文通过一步电沉积法在管线钢基体上制备了分级（纳米-亚微米-微米）结构Cu层。值得注意的是，新制备的超亲水分级结构Cu层在空气中储存15天且不进行化学改性转变为超疏水性，与水的接触角为151°、滚动角为3°。为了解释润湿性转变机制，对所制备Cu层的微观结构和化学成分进行了表征和分析。新制备的分级结构Cu层存在多种缺陷，具有较高的表面能，所以呈现超亲水性。在空气中放置一定时间后，Cu层表面的羟基化有助于碳氢化合物的吸附，从而使涂层产生了超疏水性。吸附动力学曲线模型表明，分级结构促进了烃类吸附，显著缩短了从超亲水到超疏水转变的时间。构建了三级润湿模型，分析了水与Cu层接触时的润湿状态，验证了其为稳定的Wenzel-Cassie-Cassie润湿状态。此外，超疏水铜层在70℃浸泡4小时后仍保持防垢性能。通过成核和润湿理论分析了超疏水Cu层的阻垢行为和机理。此外，超疏水Cu层呈现优异的自清洁性、耐水滴冲击性和化学稳定性。本研究丰富和发展了润湿领域的理论和技术，为开发无需低能改性的免修饰超疏水表面提供了技术支撑和理论依据。