电化学刻蚀法制备锌基超疏水/超疏油表面

摘要

超疏水表面是一种特殊的润湿性表面，具有疏水性、自清洁、耐腐蚀、抗结冰结霜、减阻等特性，其应用前景广阔，逐渐成为表面科学领域中的研究热点。在表面张力小于水的液体环境中，超疏水表面会受到污染而丧失特性，而具有疏油性能的表面可以很好的解决这一问题，因此制备出既具有超疏水性又具有超疏油性的表面可以扩大其适用范围。锌及锌合金在国民经济占有重要地位，已被应用于建筑、汽车、工程、用具等领域，因此制备锌基超疏水/超疏油表面具有重要的研究价值。
　　论文在分析国内外超疏水超疏油表面的应用前景、制备方法及特点的基础上，针对超疏水、超疏油表面制备过程中存在的问题，提出了利用电化学阳极刻蚀方法制备锌基超疏水、超疏油表面。论文对超疏水表面理论进行了归纳，分析了微观形貌对表面润湿性的影响，为电化学阳极刻蚀表面特殊微观形貌奠定了理论基础。通过分析液滴Wenzel和Cassie接触模式转换中存在的转换壁垒，为亚稳态复合接触模式稳定性的保持提供了理论支持;分析了接触角滞后的因素，从而得出复合接触表面是理想的自清洁表面;分析了表面微细结构对润湿性的影响，凹角结构或者悬臂结构能够对表面张力更低的油类相疏。
　　论文通过控制电化学刻蚀参数在锌表面得到了不同的微观形貌。在锌表面刻蚀得到的类似荷叶微观形貌的表面，经氟硅烷乙醇溶液改性后具有超疏水性;得到的凹角结构或悬臂结构组成的表面，经全氟辛酸乙醇溶液改性后呈现超疏油性。采用XRD分析样品的化学成分;采用SEM分析了表面微观形貌;采用自制的接触角测量仪测定样品表面对不同液滴的接触角和滚动角。
　　论文通过分析锌表面微观形貌和表面化学成分，简述了锌在电解液中的电化学阳极刻蚀反应原理;通过对表面的润湿性检测及微观形貌的观测，分析了样品的疏水疏油机理和微观形貌对表面润湿性的影响，证实了悬臂结构或者凹角结构对于表面润湿性的重要性;同时考察了刻蚀时间、电流密度等参数对润湿性和微观形貌的影响。电化学阳极刻蚀方法相较于其他方法具有安全、经济、环保等优点，因此具有工业化生产的应用前景。