[00143821]微纳米结构薄膜的浸润性及其摩擦行为

(1)任务来源 本项目为河南省教育厅自然科学基金项目（2007430013）。 （2）应用领域和技术原理 本研究是在铜基底上构筑具有微纳米结构的粗糙表面,然后进行进一步的化学修饰,研究该种固体表面的浸润性及摩擦学性能。 （3）性能指标 利用简单的溶液浸渍法,通过铜箔与Cu（NO3）2的自组织生长过程,在铜基底上制备了Cu2（OH）3NO3微片阵列。Cu2（OH）3NO3微片阵列进行表面化学修饰后,可以实现超亲水到超疏水的转变,对水的静态接触角超过160o,滚动角小于5o。 利用两步溶液法,在金属铜表面制备了具有微米-亚微米双尺度的类荷叶仿生结构,然后使用长链脂肪酸对其进行化学修饰,对水的静态接触角超过了150,且具有较低的摩擦系数。 采用溶液浸渍法,利用金属锌与ZnSO4溶液反应,制备了具有片状结构的ZnSO4·3Zn（OH）2·4H2O,对其进行表面修饰后,对水的静态接触角超过了150o。经长链脂肪酸修饰后的样品,对钢球摩擦对偶的摩擦系数由铜基底的0.7降低为小于0.1。 （4）与国内外同类技术比较 通过文献检索和查新可知,利用简单的化学刻蚀技术在金属基底上构筑超疏水仿生结构,目前虽有少量报道,但对于该类超疏水材料的摩擦学性能的研究尚处于起步阶段,目前这方面的研究较为欠缺。所报道的制备方法或制备的材料与本研究不同。本研究以被广泛应用的金属铜和锌为基底,分别制备了具有片状阵列结构的Cu2（OH）3NO3、Ag-Cu2O复合膜以及ZnSO4·3Zn（OH）2·4H2O微纳米片状结构,在这些粗糙结构表面修饰硬脂酸后,对水的静态接触角均超过150o,并具有较低的摩擦系数和较好的抗磨损性能。 （5）成果的创造性、先进性 本成果主要创新性如下： 利用简单的溶液浸泡法,在金属铜表面制备了具有片状结构的Cu2（OH）3NO3阵列,在其表面修饰氟硅烷后,对水的静态接触角高达162o,水滴在其表面极易滚动。利用两步溶液法,在金属铜表面制备了具有微米-亚微米双尺度的类荷叶仿生结构,然后使用长链脂肪酸对其进行化学修饰,对水的静态接触角超过了150o。修饰硬脂酸后的样品相对于对应的修饰之前样品,摩擦系数总体较低,且具有较好的耐磨性能。采用溶液浸渍法,在金属锌表面制备了具有片状结构的ZnSO4·3Zn（OH）2·4H2O,对其进行表面修饰后,对水的静态接触角超过了150o。长链脂肪酸修饰后的样品对钢球摩擦对偶的摩擦系数由铜基底的0.7降低为小于0.1。 （6）作用意义（直接经济效益和社会意义） 本项目中,分别利用可溶性铜盐和两步溶液法在金属铜表面构筑具有类荷叶的仿生结构,经进一步的化学修饰后,从而实现超亲水到超疏水的转换。采用多功能摩擦磨损测试仪分别对基底铜和以上制备的超疏水表面进行了摩擦学测试,研究表明形貌、表面化学成分与摩擦学性能之间的关系。 本项目所采用的制备技术在许昌两家企业使用。结果表明：在铜、锌等金属表面构建粗糙结构,然后进行表面改性制备的超疏水材料,对于设备外表的防雪、防结冰以及设备管道的流体减阻性能良好,该产品制备技术具有较好的应用前景。 （7）推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见 推广应用的范围、条件和前景： 该技术选择简单而有效的溶液法来进行构建粗糙结构,然后采用低表面能物质进行表面改性,从而实现浸润性的调控。该技术处理后的金属设备表面具有自清洁功能,如果继续进行更深层次研究,可望应用于仪器设备表面的自清洁、室外金属设备的防腐蚀、防雪、防结冰,设备管道的流体减阻,从而可以很好地降低能耗和劳务支出,节约成本。 存在的问题和改进意见： 由于项目历时较短,所进行的生产实验较为缺乏,对该技术产品的后续研究尚需深入进行。对于金属基底不同浸润性的表面,在其他方面的应用尚需进一步研究,如在气敏元件、细胞培养、防止细菌粘附等方面。