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陶瓷基超疏水表面制备及性能研究

激光刻蚀,微弧氧化,气相沉积,微纳结构,超疏水表面

超疏水表面因其特殊的表面润湿特性引起了国内外研究工作者的广泛关注，并发现其在医疗器械、航空航天以及船舶与海洋工程等领域有着广泛的应用前景。本文首先利用激光刻蚀技术在纯铝表面加工出微结构阵列，再采用微弧氧化技术在微结构纯铝表面制备陶瓷层，最后利用真空气相沉积法在该表面先后沉积纳米硅颗粒及全氟硅烷，最终研制具有低表面能的微纳结构陶瓷表面试样，并对该试样表面轮廓、形貌及水静态表面接触角进行表征。结果表明，微弧氧化技术可在微结构表面及内部形成较规则的微米级溶洞，且纳米硅颗粒可以较好的沉积在微结构内部以及溶洞内；所制备的微纳结构陶瓷表面的接触角为157°；而纯铝的陶瓷表面以及微结构陶瓷表面的接触角为分别为131°和142°；另外，微纳结构陶瓷表面在空气中静置30天后，表面接触角仍为153°；在50g载荷下摩擦滑行15m后，表面接触角为146°，表明所制备的超疏水表面具备较好的持久性；同时，滚动的液滴可以轻易带走表面撒落的打印机碳粉，显示出独特的自清洁性能。可见，不同尺寸的微结构以及微结构内沉积的硅颗粒形成的微纳结构是形成该超疏水表面的关键所在；而该表面的高持久性则归功于高硬度的陶瓷微结构形貌对其内部纳米结构的保护作用。