鋼鐵表面超疏水膜的制備與表征.pdf

1、潤濕性是固體材料表面的重要特性之一，通常用液滴（水）在材料表面的靜態(tài)接觸角來判斷。近年來，與水的接觸角大于150°的超疏水材料由于在防腐、自清潔、抗氧化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景而引起了研究人員的極大關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，材料表面的潤濕性是由其表面粗糙結(jié)構(gòu)和表面自由能共同決定的，因此，制備超疏水表面一般從兩個方面入手：一是在粗糙表面修飾低表面能物質(zhì)；一是在疏水表面構(gòu)建微細(xì)結(jié)構(gòu)。本文正是基于這一理論從固體表面的化學(xué)組成和微細(xì)結(jié)構(gòu)兩方面入手，使用化

2、學(xué)蝕刻法和水熱法兩種簡單的表面處理方法在鋼鐵表面構(gòu)建了微納米級的分級結(jié)構(gòu)，隨后利用自組裝技術(shù)在其表面自組裝氟硅烷膜，成功地制備了超疏水表面，實(shí)現(xiàn)了對固體表面潤濕性的控制。主要內(nèi)容如下：
　　一、通過比較不同條件下含氟硅烷（FT-922）在鋼鐵表面的自組裝效果，得到有效的組裝條件，當(dāng)FT-922∶水∶乙醇=4∶6∶90（質(zhì)量百分比），30℃條件下組裝18h時，可以達(dá)到較好的疏水效果；用含氟試劑對預(yù)先組裝硅烷偶聯(lián)劑的鐵片進(jìn)行二次組裝，

3、可以顯著地改善其疏水性。
　　二、采用化學(xué)蝕刻法對鋼鐵表面進(jìn)行刻蝕，然后用含氟硅烷對經(jīng)刻蝕處理后的表面進(jìn)行疏水化處理。用掃描電子顯微鏡（SEM）、接觸角測量儀和電化學(xué)工作站對表面的形貌、潤濕性能和耐腐蝕性能進(jìn)行了表征。SEM結(jié)果表明，經(jīng)化學(xué)刻蝕后的鋼鐵表面上產(chǎn)生了多空隙的疏松結(jié)構(gòu)；經(jīng)氟化處理后表面呈現(xiàn)出超疏水性，與水的接觸角達(dá)到157.11°，且滾動角小于10°（5μl水滴）。極化曲線結(jié)果表明，超疏水膜的形成對溶液中的腐蝕介質(zhì)起到

4、了物理隔離的作用。
　　三、采用水熱法對鋼鐵進(jìn)行表面微細(xì)化加工，然后在經(jīng)水熱處理后的表面組裝含氟硅烷，降低表面自由能。用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀（XRD）、接觸角測量儀和電化學(xué)工作站對表面的形貌、化學(xué)組成、潤濕性能及耐腐蝕性能進(jìn)行了表征。SEM結(jié)果表明，經(jīng)水熱處理的鋼鐵片表面上生長出了微米級的八面體狀、花狀和菜花狀的結(jié)構(gòu)，條件合適時，這些二級結(jié)構(gòu)的表面會生長出納米級絲構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；XRD結(jié)果顯示，表面氧化層的主要成分為Fe3

5、O4；經(jīng)氟化處理后這些具有微納米級分級結(jié)構(gòu)的表面呈現(xiàn)良好的疏水性，與水滴的接觸角最大為165.31°，滾動角小于5°（5μl水滴）。極化曲線結(jié)果表明，超疏水膜的形成對溶液中的腐蝕介質(zhì)起到了物理隔離的作用。
　　鋼鐵是一種應(yīng)用廣泛的工程材料，超疏水表面在自清潔、抗腐蝕方面有獨(dú)特的優(yōu)越性，因此鋼鐵表面超疏水膜的研究有著重要的意義。以上兩種在鋼鐵表面構(gòu)筑微納米級分級結(jié)構(gòu)制備超疏水膜的方法操作過程簡單，反應(yīng)過程易于控制，制備出的膜具有良好