微纳米结构超疏水表面润湿性的研究

第40卷第3期力学进展vol.40no.3 2010年5月25日advancesinmechanicsmay25,2010 超疏水表面滑移理论及其减阻应用研究进展* 王新亮狄勤丰?张任良顾春元 上海大学,上海市应用数学和力学研究所,上海200072 上海大学,上海市力学在能源工程中的应用重点实验室,上海200072 摘要减阻技术对提高原油采收率、降低液体流动阻力具有十分重要的意义.通过论述超疏水表面结构的 基本理论、超疏水表面形成的主要影响因素和近年来仿生超疏水表面的制备方法,综合分析了超疏水表面滑 移理论和基于这一理论的减阻技术的研究进展,并简单介绍了其在石油储层微孔道纳米降压减阻方面的应用, 展望了超疏水表面滑移理论及其减阻技术的研究重点及应用前景. 关键词超疏水,润湿性,表

超疏水性纳米界面材料的制备及其研究进展3 刘　霞 1 ,高　原 1,2 ,呼爱妮 1 ,郭　云 2 ,谢朝阳 2 (1　烟台大学环境与材料学院,烟台264005;2　中国空间技术研究院兰州物理所 真空低温技术与物理国家级重点实验室,兰州730000) 摘要　　超疏水表面在自清洁、防腐蚀和生物相容性等方面所展示的独特性能以及在国防、工农业生产和日常 生活中的潜在应用前景,引起了研究者的极大关注。在简要总结超疏水界面理论的基础上,综述了超疏水界面材料 在制备及性能方面取得的一些新进展,探讨了这一领域存在的问题及可能的发展方向。 关键词　　超疏水　接触角　表面形貌 中图分类号:o647 preparationandresearchprogressofsuper2hydrophobicnanoscale interfacialmater

将石英砂与表面修饰改性的纳米氧化锌微粒及氟硅树脂混合经高温处理制备了具有"荷叶效应"的超疏水控水砂,通过显微镜、红外光谱、接触角、耐温性测试及岩心流动驱替实验评价了该超疏水控水砂的结构与性能。结果表明:超疏水控水砂表面具有荔枝皮状粗糙结构,水在复合粒子构成的非均相界面上的接触角符合cassie模型;水在超疏水复合砂表面的静态接触角达158°,滚动角约为5°,达到超疏水要求;80℃条件下,岩心流动驱替nfrr值为5.3,表明该超疏水控水砂具有优良的控水性能;耐温达到120℃。合成的控水砂在胜利油田高含水区块进行了4井次的现场先导试验,现场应用效果明显,初期平均降水率达16.55%。

采用一种简单的方法制备出了硅橡胶超疏水性表面;将模具内表面做成一定的粗糙度;按照常规成型工艺,将液体硅橡胶浇注在模具内使其固化,待固化完毕后脱去模具,得到不同粗糙度的表面。经过接触角测量仪测定和扫描电子显微镜分析,结果表明:当硅橡胶表面粗糙度ra=6.63μm时,在其表面形成了类似于荷叶的乳突结构;在乳突表面还有亚微米级的小颗粒存在,形成了微米亚微米两级的粗糙结构,材料表面与水的静态接触角为153.5°,滚动角为8°,材料具有超疏水性;当硅橡胶表面粗糙度ra6.63μm,材料表面的静态接触角随着表面粗糙度的增加而减小。

采用水热法结合氟硅烷修饰直接在钢铁表面制备超疏水膜。疏水膜的疏水性与钢铁基底的微纳米结构有重要关系。结果表明,以乙二胺为溶剂,经140℃水热反应4h和160℃水热反应5h,可以在钢铁表面制得具有次级网状结构的正八面体、花状等微纳米精细结构,再经氟硅烷修饰后表现出良好的超疏水性,与水滴的接触角分别达到156.49和165.31°。xrd的分析结果表明,该微纳米结构的主要成分是fe3o4,它的形成一方面提供了制备超疏水表面所必须的微纳米精细结构,另一方面又为与氟硅烷发生反应生成牢固的薄膜创造了条件。电化学分析结果表明,超疏水膜层的存在显著降低了钢铁基底的腐蚀倾向。

该文利用自组装技术,在hno3(质量分数6.5%)刻蚀的铜表面制备了(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(mpts)与正辛基三乙氧基硅烷(os)的复合纳米薄膜,并通过红外光谱对膜结构进行了分析。通过扫描电子显微镜确定了该复合膜具有纳米-微米级粗糙结构;静态接触角达158.6°,滚动角为3°,表明该膜具有超疏水性能;盐水实验证明该复合膜有效地提高了铜的耐腐蚀能力。

为研究复合法制备超疏水表面过程中主要工艺参数对表面形貌及超疏水性能的影响,开发了一种喷砂-阳极氧化复合方法,在铝合金表面构筑了微米-纳米二级结构,经氟化处理后获得了超疏水特性.结果表明,喷砂处理在铝合金表面通过冲蚀的凹坑构筑出微米结构,阳极氧化则在铝合金表面通过蜂窝状氧化膜构筑纳米结构.但单纯构筑粗糙结构或单纯改变表面化学组成均不能在铝合金表面获得超疏水特性.单纯的微米结构或纳米结构,即使有低表面能聚合物修饰也不能获得超疏水特性.只有微米-纳米二级结构和低表面能聚合物的协同作用,才能有效构筑铝合金超疏水表面.这种铝合金与水滴接触时,形成的气阱可减小固体表面与水滴的接触面积,降低表面与水滴间的热量交换,从而减缓水分子的凝结,提高铝合金的抗霜冻性.同时,气阱还可有效减缓海水的腐蚀,提高铝合金的耐海水腐蚀性.

在不使用乳化剂的情况下,利用分子自组装聚合技术制备了丙烯酸聚酯纳米乳液,用tem、dsc、ft-ir方法对聚合物的结构与性能进行了表征,tem结果表明该纳米乳液粒径小于100nm。用它制成了水性嵌段型纳米结构内墙漆,形成的漆膜非常致密,并且漆膜机械强度高、附着力强,防护性能优良。试验结果表明了其耐洗刷性有很大提高,可以达到5000次以上。

铝合金表面超疏水涂层的制备及其耐蚀性能 李松梅*王勇干刘建华韦巍 (北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083) 摘要：基于含氟聚氨酯和纳米sio2的协同作用,在铝合金表面成功制备了一层超疏水涂层.用红外光谱、扫描 电镜和电化学测试等技术对超疏水涂层进行了表征和分析.红外光谱结果表明,硅烷偶联剂(a1100)成功键合到 纳米sio2表面.扫描电镜和接触角测定仪对涂层的表面形貌表征结果表明,涂层表面存在微米鄄亚微米尺度的粗 糙结构,接触角可达到156毅,滚动角小于5毅.电化学测试(交流阻抗和极化曲线)结果表明,所得到的涂层极大地 提高了铝合金的耐蚀性能. 关键词：超疏水；硅烷偶联剂；电化学测试；耐蚀性 中图分类号：o648 preparationofsuperhydrophobiccoat

用正交法研究了在rpvc体系中添加亲水性mmt填料、稀土及cpe后润湿性的变化,考察了不同加入量对接触角的影响。结果表明:当本实验3变量因素的配比为:mmt/稀土/cpe=15/0.3/10时,测得制品的接触角是54°25′,比纯pvc配方体系的89°降低了近35°。同时对体系进行的力学性能考察表明,加入少量稀土可使cpe增韧pvc体系的拉伸强度提高256%,使断裂伸长率提高949%。

采用含fecl3的蚀刻液对不锈钢表面进行刻蚀,再以此蚀刻面为模板热压低密度聚乙烯(ldpe),冷却剥离得到ldpe微模塑表面。研究结果表明:静、动态接触角均超过150°,滚动角约5°,ldpe表面呈"花菜状"结构,即大"包"上密集分布着微米及亚微米级的小突起。本工艺可望结合工业上生产塑料薄膜的流延技术,实现聚合物超疏水表面的规模化生产。

在不使用乳化剂的情况下,利用分子自组装聚合技术制备了一种新型丙烯酸聚酯纳米乳液,并对聚合物的结构与性能用tem、dsc、ft-ir方法进行了表征。在纳米乳液的基础上制成了水性嵌段型纳米结构外墙漆,它具有良好的耐水性、物理机械性能及装饰防护性能。结果表明,其耐洗刷性能有很大提高,可以达到10000次以上。

为了改善樟子松单板表面的润湿性,提高木塑复合材料的界面结合,以樟子松单板为研究对象,对其表面进行改性处理。采用接触角测定仪测定不同探测液在其表面的接触角,得知其表面润湿性,进而推导出其表面自由能。结果表明:偶联剂改性樟子松单板可以有效提高木材表面自由能,且随着偶联剂量的适当增加,木材表面的自由能增加,从而提高木材与塑料的界面结合性。

《纳米结构与纳米材料》是我校材料科学与工程材料专业开设的一门专业选修课,其目的是拓宽学生的知识面,使其了解材料科学研究的前沿领域,认识科学研究的正确思维方式,并学到材料制备的具体方法,培养其创新创造能力,为他们走上新的工作和科研岗位打下基础.结合授课经验和课程教学思考,从当前该课程教学的目的、教材和教学内容的选择、教学方法的尝试、实验辅助教学、双语课程的开展等方面并提出了一些课程质量提升措施和建议.

CTAB改变油湿性砂岩表面润湿性机理的研究-论文

《纳米结构与纳米材料》是我校材料科学与工程材料专业开设的一门专业选修课,其目的是拓宽学生的知识面,使其了解材料科学研究的前沿领域,认识科学研究的正确思维方式,并学到材料制备的具体方法,培养其创新创造能力,为他们走上新的工作和科研岗位打下基础.结合授课经验和课程教学思考,从当前该课程教学的目的、教材和教学内容的选择、教学方法的尝试、实验辅助教学、双语课程的开展等方面并提出了一些课程质量提升措施和建议.

论-CTAB改变油湿性砂岩表面润湿性机理的研究

自然界中,超疏水表面由于其特殊的润湿性而受到极大的关注。此类表面广泛存在于植物叶子、昆虫翅膀、鸟类羽毛及动物皮毛之中,其拥有较大的接触角和较小的滞后角。液滴能够在超疏水表面快速弹离的特性与许多工程应用息息相关,例如,抗结冰、滴状冷凝传热和防污等。液滴与固体表面接触过程中,两者之间的质量、动量和能量交换与液滴同表面的接触时间密切相关,超疏水表面可使固液接触时间最小化。液滴在超疏水表面上碰撞时,通常要经历铺展和回缩阶段,最后弹离

近年来，超疏水表面因在众多领域具有重要的用途而引起了研究者的广泛重视，本文将对刻蚀法制备超疏水表面的研究进展作一介绍。

润湿性是木质材料的一个重要界面特性,直接影响其胶合性能。为了优化集成材胶合工艺,以小径级杉木为研究对象,通过测量脲醛胶与聚氨酯胶在杉木试样表面的接触角,对杉木径切面、弦切面、心边材及不同粗糙度表面的润湿性进行了测评。结果表明:杉木径切面的润湿性优于弦切面,边材润湿性优于心材,并且表面润湿性随粗糙度的增加而提高。建议杉木集成材胶合时,尽量选择径切面作为胶合面,并适当增加胶合面的表面粗糙度。

综述了目前镁、铝合金表面自纳米化制备方法、性能、耐蚀性等方面的研究。材料经表面自纳米化后,表面纳米层有良好的热稳定性,表面硬度明显提高,不同的工艺对耐蚀性影响不同。提出了表面自纳米化技术研究还需解决的问题及趋势。

玻璃最能被辨认的特点之一是能够反射光线，而美国麻省理工学院研究人员在玻璃表面创建出一种纳米结构，使其几乎消除了反射。由于它没有眩光，而且表面的水滴能如小橡胶球一样反弹，令人几乎无法辨认出这是玻璃。