非晶合金可控表面微結構的超疏水性研究.pdf

1、源于荷葉表面自清潔效應的超疏水性已成為材料、仿生等領域的研究熱點之一,而決定材料表面超疏水性的兩個最關鍵的因素分別為表面能和表面微結構。目前,針對超疏水性的研究多集中在高分子材料、碳納米管等有機材料。然而,這些材料較差的機械性能和耐久性使其無法實際應用。傳統(tǒng)金屬材料由于具有晶粒尺寸效應而難以制造出微、納結構。相比之下,非晶合金不僅具有原子尺度均勻性,且在過冷液相區(qū)具有超塑性,可實現微納結構的精密復制。此外,非晶合金具有優(yōu)異的力學性能和耐

2、腐蝕性能。因此,在超疏水性方面具有潛在的應用前景。
　　本論文首先采用感應熔煉/銅模噴鑄和電弧熔煉/銅模吸鑄技術分別制備出了Pd40Cu30Ni10P20及Zr35Ti30Be26.75Cu8.25合金;采用X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱儀(DSC)分別對所制備的合金微結構和熱學參數進行表征;采用接觸角儀對兩種合金體系本征接觸角進行測量,并采用Owens-Wendt理論計算出這兩種合金體系的相對表面能大小。
　　然后,

3、以設計好的蜂窩狀微結構硅模為母模具,采用熱壓印成形方法在Pd基非晶合金表面熱壓印成形出蜂窩狀微結構。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、激光共聚焦掃描顯微鏡對表面形貌、成形高度進行表征;并采用接觸角儀對其表面接觸角進行了測量。結構表明:在沒有任何低表面能物質修飾的前提下,Pd基非晶合金表面蜂窩狀微結構的最大接觸角能達153.8°,表現出超疏水性,并且有較好的穩(wěn)定性。對此現象,本文通過表面引入由表面微結構變化引起的表面能梯度分布的物理量,對Ca

4、ssie-Baxter理論進行修正,合理解釋了Pd基非晶合金蜂窩狀微結構表面具有超疏水性的微觀機制。
　　考慮到表面能對非晶合金表面疏水性的影響,本研究同時對具有相對表面能較高的Zr基非晶合金表面進行熱壓印成形。結果發(fā)現Zr基非晶合金蜂窩狀微結構表面最大接觸角僅133.8°左右,不具備超疏水性。對此,本文采用HF酸溶液對成形后的Zr基非晶合金表面進行腐蝕,形成微納復合結構,并對其疏水性進行表征。結果表明,在不經任何化學物質修飾條件