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耐久微纳分级结构超疏水锌基镀层的制备及性能研究

Zn/ZnO微纳结构；超疏水性；机械稳定性；耐腐蚀性

具有微纳分级结构的超疏水锌基镀层在金属防腐方面具有广阔的应用前景。然而，超疏水表面微纳分级结构普遍存在机械强度低、耐磨性差等问题，在实际应用中很容易因外力作用而磨损、破坏并丧失超疏水性。因此，设计并制备同时拥有良好的超疏水性和较强的机械稳定性的超疏水表面，对推动超疏水材料工业化进程具有重要意义。

为了获得长效耐久的超疏水锌基镀层，设计并构建了一种松针状微纳分级结构的 Zn/ZnO 镀层：首先在碳钢表面电沉积制备一层微米尺度多面体 Zn，然后在其表面沉积一层放射状排列的 ZnO 纳米棒，最后用硬脂酸对其表面进行改性。具有较大长径比且呈放射状排列的ZnO纳米棒不仅可以增大低表面能物质修饰面积，还可轻易捕获大量空气并在固液之间形成稳定的气垫。超疏水测试表明松针状结构的Zn/ZnO镀层不仅对蒸馏水表现出优异的超疏水性（WCA=166.8 ± 1.4°，SA= 2.6 ± 0.5°），对可乐、牛奶、苏打水、茶水、甲基橙和亚甲基蓝等液体同样表现出超强排斥性（WCA＞155.3°）。稳定性测试表明，松针状Zn/ZnO镀层在经受强酸/强碱（pH= 1~14）、盐水浸泡（3.5 wt.% NaCl溶液，14 天）、胶带剥离（3M4910VHB胶带，80次）、水滴冲击（水滴体积100 μL，高度20 cm，速率90 滴/分钟，时间130 min）和砂纸磨损（砂纸600目，载荷100 g，距离900 cm）试验后仍保持超疏水性。与碳钢和疏水Zn镀层相比，超疏水Zn/ZnO镀层的腐蚀电流密度分别降低了大约4个和3个数量级。

该工作提出了一种同时具有优异机械化学稳定性和耐腐蚀性的微纳分级结构超疏水表面的构筑策略，对耐久超疏水表面的制备及工业化应用具有重要意义。