999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?

磁控誘導超疏水柔性薄膜的制備及其性能研究

2023-01-09 11:40:00楊華榮李夢趙欣趙皓東黃成超
表面技術 2022年12期
關鍵詞:結構

楊華榮,李夢,趙欣,趙皓東,黃成超

磁控誘導超疏水柔性薄膜的制備及其性能研究

楊華榮,李夢,趙欣,趙皓東,黃成超

(中國民用航空飛行學院 航空工程學院,四川 廣漢 618307)

采用簡單的制備方案,在不同結構類型模板表面制備具有自清潔特性和良好移植特性的超疏水柔性薄膜。磁性微粒為了在磁場環境中獲得能量最低的平衡態,能自發響應與外加磁場平行的共線偶極矩粒子鏈。基于磁場環境中磁性微粒的受控機理,以不同粒徑的羰基鐵粉為磁性分散相,以聚二甲基硅氧烷為載體,配制出不同質量分數的磁性混合液,再采用濕膜制備器將磁性混合液分別涂敷在光滑的一次結構模板和具有規則微觀形貌的二次結構模板表面,并將其置于磁場環境中,待磁性涂層在室溫條件下預固化12 h后,再將涂層移至真空干燥箱中,在120 ℃下固化3 h,形成具有疏水性的柔性薄膜。二次結構模板表面形成的柔性薄膜相較于一次結構模板表面,所形成的柔性薄膜的微觀結構更具多樣性,更有利于水滴在薄膜表面形成Cassie?Wenzel狀態。采用接觸角測量儀測試5 μL的水滴在薄膜表面的抗潤濕性能,結果表明,水滴在柔性薄膜表面的靜態接觸角大于150°,滾動角小于10°,并且所制備的樣品不僅耐老化、結構適應性強,還具有自清潔等諸多特性,滿足超疏水材料實際應用的要求。一次結構模板和二次結構模板表面形成的連續型磁性微錐可使柔性薄膜表面實現超疏水功能,并且該制備方案操作簡單、價格低廉、制備周期短,制備過程對人體和環境均無害,適用于工業化生產,為進一步探索主動除冰等功能奠定了基礎。

超疏水;微納結構;磁響應;黏附性;自清潔

隨著與民生息息相關的產業對設備可靠性的要求不斷提高,從基礎的電力生產運輸設備到多變環境下的交通運輸工具,都對設備表面的疏水性和自清潔能力提出了更高的要求。由此可見,制備出具有實際應用價值的柔性疏水材料是未來的發展趨勢,科研人員發現具有疏水性的功能材料在延緩結冰時間及液滴的定向轉移等方面具有潛在的巨大優勢[1-3],在航空航天[4]、生物醫療[5]、風力發電[6]等領域有著廣闊的應用前景。

目前,國內外科研人員制備疏水表面的技術路線主要分為2類:一是直接利用低表面能材料構筑疏水表面所需的微觀結構,主要有模板法[7]、磁控誘導法[8]等;二是先構筑微觀結構,再降低其表面能,主要有激光刻蝕法[9]、滑液注入法[10]等。其中,磁控誘導法相較于其他制備方法,具有實驗設備要求低、易于實現大規模工業化生產、制備過程不會產生污染物等優勢,所制備產品屬于環境友好型。Chen等[11]利用靜電空氣噴射沉積法,在以釹磁鐵為磁場發生器的環境中制備出可轉換黏附性的超疏水表面,并研究了其疏水性能。結果表明,通過無需化學表面改性的工藝制備得到的疏水涂層,能夠從高黏附狀態(接觸角為108°)可逆轉換為低黏附狀態(接觸角為154°),但其制備工藝較復雜,且樣品表面結構不均勻。Huang等[12]設計了一種摻有磁性微粒的微柱表面,并向其注入潤滑液,在外磁場的調控下,分層微柱可實現超疏水狀態與光滑狀態的自由切換,但其表面可調微觀結構與潤滑油的組裝結構在實際應用中具有不穩定性。

為了簡化制備流程,優化疏水柔性薄膜的穩定性能,文中以釹鐵硼永磁鐵為磁場發生器,在不同結構類型的模板表面對磁性混合液涂層進行固化,通過改變固化環境的磁感應強度、分散相(粒徑和質量分數)等條件,制備出疏水柔性薄膜(Hydrophobic Flexible Film,HFF)。通過對HFF的表面黏附性、耐老化性和自清潔性等進行表征,探究樣品應用于實際生產生活中的可行性,并深入探討模板類型、外界環境磁感應強度、分散相(粒徑和質量分數)對HFF疏水性能的影響。文中制備的HFF在實現了超疏水功能的同時,兼具制備流程簡單、價格低廉、性能穩定可靠和可移植性等優點,有助于推動HFF工業化應用的發展。

1 實驗

1.1 材料

HFF混合液由低表面能預聚物和不同微納尺寸的分散相攪拌而成。低表面能預聚物采用聚二甲基硅氧烷(PDMS,美國道康寧SYLGARD184,由固化劑A組分和預聚物B組成),微納尺寸分散相采用羰基鐵粉(純度為98%,河北中航中邁金屬材料有限公司,平均粒徑分別為5、10、15、20 μm,呈球形或片狀分布)。其他材料:無水乙醇(分析純,成都艾科達化學試劑有限公司)、一次結構模板(6061Al基板,深圳市泉福金屬有限公司)、二次結構模板(Ti6Al4V基板,由沈陽自動化研究所代加工)。

1.2 工藝流程

HFF的制備流程如圖1所示,具體操作如下。

1)預處理。一次結構模板選用表面光滑的6061Al模板。委托沈陽自動化研究所對光滑的Ti6Al4V模板進行代加工,采用飛秒激光刻蝕法在光滑模板表面以90°垂直交叉掃描構造,得到微柱間距為20 μm的二次結構模板。

2)步驟1。將PDMS固化劑A與預聚物B按照質量比1∶10加入燒杯,采用攪拌器以600 r/min攪拌15 min,并在室溫下靜置30 min,進行排泡處理。

3)步驟2。向步驟1中制備的均勻混合液中加入一定量的羰基鐵粉,將燒杯置于超聲波振蕩器中,同時使用攪拌器以轉速600 r/min在室溫下攪拌4 h。

4)步驟3。采用濕膜制備器將步驟2中制備的磁性混合物分別涂敷在經無水乙醇沖洗處理過的一次結構模板和二次結構模板表面。

5)步驟4。將步驟3中的2種模板置于釹鐵硼磁鐵的恒定磁場中,通過調節模板與釹鐵硼磁鐵上表面的間距,使得模板表面磁性混合物得到所需的磁感應強度。在室溫下固化12 h后,再將實驗樣品置于真空干燥箱中,在120 ℃下干燥3 h,制備得到薄膜樣品。

1.3 樣品表征方法

利用場發射掃描電鏡(SEM SIGMA500 ZEISS)對制備的HFF樣品進行微觀結構表征。采取接觸角測量儀(JY?PHb,常州三豐)測定HFF表面的水滴(5 μL)靜態接觸角,在完全固化后的樣品表面選取4處不同的點進行測量,然后取其平均值。按照ASTM D 3359?02《用膠帶測量附著力的檢測標準方法》中的B方法,使用切割間距為2 mm的百格刀測量超疏水薄膜與模板表面的附著力。參照GB/T 14522—2008《機械工業產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法熒光紫外燈》表征HFF的耐老化性能。

圖1 疏水性柔性薄膜的制備流程

2 構造HFF潤濕結構機理

2.1 固體表面潤濕模型

1997年,科學家Barthlott W和Neinhuis C[13-14]利用掃描電子顯微鏡觀察荷葉表面的微觀形貌,將荷葉對水滴的抗拒作用歸因于表面微觀結構與蠟質外表皮。在研究人員觀察到具體的微觀形貌之前,就有科學家通過對固體表面潤濕現象進行分析,提出了3種潤濕模型,即Thomas Young、Wenzel和Cassie?Baxter潤濕模型[15-19],如圖2所示。

圖2 固體表面潤濕模型

1)Thomas Young潤濕模型。1805年,Thomas Young論述了液滴在理想光滑固體表面的接觸角與固液氣三相界面張力的關系,并提出楊氏方程,見式(1)。

式中:S、L、A分別代表固相、液相、氣相。SA、SL、A分別為固?氣、固?液和液?氣的界面張力;Y為液滴在光滑固體表面的靜態接觸角,或稱本征接觸角。

2)Wenzel潤濕模型。1936年,Wenzel R N針對楊氏方程在實際應用中的不足,提出水滴在非光滑物體表面潤濕過程中的潤濕特性與被潤濕表面的粗糙度成正比;對于任何固體,楊氏方程靜態接觸角的余弦乘以固體表面的粗糙度系數,得到的即Wenzel方程,如式(2)所示。由式(2)推導出,大于90°的接觸角因表面粗糙化而增大,小于90°的接觸角因表面粗糙化而減小,此時w被稱為表觀接觸角。

3)Cassie?Baxter潤濕模型。1944年,Cassie A B D和Baxter S在Wenzel R N對粗糙表面表觀接觸角的研究基礎上,繼續研究了不均勻多孔固體表面的潤濕特性。由于在固體表面的孔洞中存在空氣,使得液滴不能完全充滿粗糙表面,因此提出液滴與粗糙多孔表面的接觸角由液?固界面和液?氣界面的面積百分比決定,如式(3)所示。

式中:1、2分別為在潤濕狀態下液?固界面和液?氣界面的面積百分比;A為液?固界面的前進角,或稱固體表面的本征接觸角。

在受到壓力或降雨沖擊等外部因素的干擾下,水滴會改變在固體表面的潤濕狀態。2005年,Zheng等[20]通過定量研究Wenzel和Cassie?Baxter潤濕模式的穩定態、過渡態或不穩定態,以及在超疏水表面上的轉變,引入了表征潤濕模型穩定態和過渡態的關鍵參數。結果表明,減小微柱的微觀結構尺寸(如直徑和間距)可能是顯著增大臨界壓力的最有效措施。同時,科研人員仍致力于制備可使水滴呈現Cassie?Baxter潤濕狀態的抗潤濕樣品。

2.2 HFF微觀形貌形成機理

影響HFF微觀形貌的主要原因分為2種,一是磁性混合溶液的固有特性,包括分散相羰基鐵粉的粒徑、質量分數,以及顆粒間的相互作用等;二是外界環境條件的變化,包括外界磁場特性、環境溫度等[21]。磁性混合液中的分散性微粒具有各向同性,當聚合物溶液中的磁性微粒受到磁場的作用力時,每個磁性微粒被磁化為1個磁偶極子,分散相粒子為保持能量最低的平衡態,在磁場中響應出與外加場平行的共線偶極矩的粒子鏈[22]。磁性液體由鏈狀到柱狀結構的產生是磁與非磁因素共同作用的結果,通過鏈的側向團聚產生柱,直徑小的柱發生側向團聚,產生了直徑較大的柱,但是側向團聚必須滿足一定的臨界磁場條件[23]。鏈柱狀結構縱向錯開鏈柱半徑距離,表現為遠程排斥、近程吸引,呈拉鏈式側向團聚。縱向對齊的鏈柱狀結構僅具有排斥作用[24-25],鏈柱的縱向生長則依靠短的鏈柱連接[26]。此外,在HFF微觀形貌的形成過程中,分散相微粒除了受到磁場力和重力外,其磁性顆粒間還受到范德華力、摩擦力、浮力,以及分散相微粒與載體之間的黏性阻力等的共同作用[27]。由此可見,在理想化的均勻磁場中可以通過調節磁性混合液的質量分數和改變外界磁場的磁感應強度,進而調節磁性微錐的間距、高度、寬度等關鍵性參數,構造出實現疏水表面所需的理論物理構型。

3 結果與討論

3.1 HFF微觀形貌表征

為了表征模板類型對HFF表面微觀形貌的影響,這里選擇粒徑為5 μm的球形羰基鐵粉為分散相,并配制成質量分數為20%的磁性混合液,將其分別涂敷在光滑的鋁板和經激光構造過帶有微結構的Ti6Al4V基板表面,再在磁感應強度為300 mT的室溫環境下固化樣品。HFF平面與截面的微觀形貌如圖3所示,光滑鋁板表面制備的樣品SEM如圖3a—b所示,帶有微結構的Ti6Al4V基板表面制備的樣品SEM如圖3c—d所示。通過對比在此條件下制備樣品表面的SEM圖發現,一次結構模板表面形成的磁性微錐結構形態更加均質,二次結構模板表面形成的磁性微錐結構形態構成更為豐富,直接造成磁性微錐的寬度、高度、間距的不同。由此可見,水滴在2種不同類型模板表面形成的HFF表面潤濕模型可能出現Wenzel、Cassie?Baxter和過渡態Cassie?Wenzel等3種狀態,導致HFF樣品的疏水性能受到直接影響。

圖3 疏水柔性薄膜的SEM圖

3.2 疏水柔性薄膜的性能表征

3.2.1 HFF黏附性表征

為了表征不同固體表面的微觀形貌對液滴黏附性能的影響,給出樣品的制備條件:將磁性混合液的質量分數調配為35%,其余制備條件與3.1節相同。分別在光滑的鋁模板、激光構造過的Ti6Al4V模板、由一次結構模板形成的HFF、由二次結構模板形成的HFF表面通過針筒擠壓5 μL水滴,以表征其黏附性,如圖4所示。當水滴一旦與光滑的鋁模板或激光構造過的Ti6Al4V模板表面接觸后,就會立刻親附在模板表面。水滴與由一次結構模板或二次結構模板表面形成的HFF反復接觸,均不會使水滴掉落。結果表明,利用低表面能載體構筑的微觀結構能明顯降低水滴接觸固體表面的附著力。

3.2.2 HFF耐老化表征

為了保障HFF具備良好的環境適應性,樣品應具有一定的耐老化性。將樣品制備條件中磁性混合液的質量分數調配為30%,其余制備條件與3.1節中的HFF制備條件相同。選用由一次結構模板制備的HFF,在輻照度為(1.55±0.02)W/m2、波長為340 nm、黑板溫度計溫度為70 ℃的紫外老化試驗箱中,以30 h為梯度對樣品進行老化,實驗結果如圖5所示。依據設定的老化參數,樣品在試驗箱中老化24 h,等同于自然環境中老化6個月,在老化實驗150 h后,樣品的接觸角下降了10°左右,滾動角增加了4°左右,表明樣品具有良好的抗老化性。

圖4 HFF表面黏附性測試

圖5 HFF耐老化表征

3.2.3 HFF水滴滾動與自清潔測試

為了表征HFF水滴的滾動和自清潔性能,將樣品制備條件中磁性混合液的質量分數調配為30%,其余制備條件與3.1節中HFF的制備條件相同。選用一次結構模板表面形成的HFF測試水滴的滾動和自清潔性能,水滴在HFF表面的滾落接觸過程如圖6所示。在平臺傾斜角度小于10°時,將8 μL的水滴從距離樣品表面1 cm處自由釋放,水滴滴落在HFF表面后呈球形,以0.21 s為1個周期自由滾動后,水滴會完全滾落出HFF。為了表征HFF表面的自清潔性能,選用粒徑為100~300 μm的沙粒為雜質外來物,并均勻灑落在HFF表面,再以同樣的水滴滴落條件進行試驗,在1個時間周期后,水滴在完全滾落離開HFF表面的同時帶走了薄膜表面的雜質外來物。如圖6b所示,以橙色標注線表示液滴的滾落方向,在標注線旁可明顯觀察到液滴滾落方向的雜質外來物均被帶離HFF表面。

圖6 HFF水滴滾動與自清潔測試

3.2.4 HFF的附著力和可移植性測試

制備的HFF與模板表面附著力的大小直接影響樣品的應用價值。將粒徑為10 μm的羰基鐵粉配制成質量分數為30%的磁性混合液,在外界環境磁感應強度為300 mT及室溫下固化涂層,所制備HFF的附著力ASTM測試等級為4B。如圖7所示,在樣品劃痕處基本無剝落,表明HFF與金屬模板具有良好的界面附著力。

圖7 經過劃格試驗的HFF外觀

同時,HFF與各種結構件的有效結合是實現工程應用化的關鍵前提。文中將HFF從制備的模板表面剝離,通過在不含磁性微錐的一側粘貼雙面膠等粘貼劑,將疏水柔性薄膜完整移植到飛機模型結構件表面,如圖8所示。由于HFF的穩定性較高,完全適用于外形彎曲且復雜的固體結構件表面。

圖8 HFF在飛機模型表面的移植性測試

3.3 磁響應疏水表面性能影響因素分析

3.3.1 涂敷模板類型對HFF疏水性能的影響

為了探究模板類型對HFF疏水性能的影響,選用粒徑為5 μm的羰基鐵粉為分散相,并配制成質量分數分別為20%、25%、30%和35%的磁性混合液,將涂敷有磁性混合液的一次結構模板和二次結構模板置于磁感應強度分別為270、300、330、360、390 mT的室溫環境中自然固化,并測試其表面接觸角,如圖9所示。結果表明,當選擇合適的羰基鐵粉的質量分數和固化環境的磁感應強度時,HFF的表面接觸角均大于150°,可以實現超疏水,而且二次結構模板表面形成的HFF的整體疏水性能優于一次結構模板表面形成的HFF。其中,當磁性混合液中分散相的質量分數為30%、外界固化磁感應強度為300 mT時,二次結構模板表面形成的HFF接觸角為154.7°,一次結構模板表面生成的HFF接觸角為149.8°。測試數據呈現的規律:由一次結構模板和二次結構模板形成的HFF表面接觸角變化趨勢基本相同。當分散相的質量分數不同時,在固化磁感應強度為300、360 mT時,接觸角的變化會出現拐點;當分散相的質量分數低于25%時,由一次結構模板與二次結構模板形成的HFF接觸角差別較大,并且一次結構模板形成的HFF接觸角隨外界環境磁感應強度變化幅度較大;當分散相的質量分數高于30%時,一次結構模板與二次結構模板形成的HFF接觸角差別較小。

3.3.2 磁感應強度對HFF疏水性能影響

接觸角隨磁感應強度的變化趨勢如圖10所示。測試樣品模板為二次結構模板,選用粒徑為5 μm的羰基鐵粉配制成質量分數為25%的磁性混合液,分別在270、300、330、360、390 mT的磁感應強度下進行固化,制備HFF。在無外界磁場的作用下,接觸角只能達到114°,與未摻混羰基鐵粉的PDMS直接進行固化后的接觸角(106.9°)相比,接觸角的增大可能是因微米級的羰基鐵粉混合在一起時發生了團聚現象,使樣品表面產生了微小磁性微錐,增大了空氣與液滴的接觸面積,進而增大了接觸角。當羰基鐵粉質量分數一定時,在磁感應強度達到300 mT時,樣品表面接觸角最高達到151.5°;在磁感應強度達到360 mT時,接觸角最低為139.6°。接觸角下降的原因可能是此時HFF的磁性微錐側向團聚現象明顯,導致固化后樣品的表面磁性微錐結構不均勻,液滴接觸角變小。

圖10 接觸角隨磁感應強度的變化情況

3.3.3 分散相粒徑和質量分數對HFF疏水性能的影響

為了表征磁性混合液中分散相的粒徑和質量分數對HFF疏水性能的影響,分別選用粒徑為5、10、15、20 μm的羰基鐵粉作為分散相,配制出不同質量分數的磁性混合液,再以一次結構模板為涂敷模板,在固化環境磁感應強度為300 mT時固化為HFF,樣品的表面水滴靜態接觸角變化趨勢如圖11所示。其中,由粒徑為5 μm的羰基鐵粉配制而成的磁性混合液在質量分數為35%時,接觸角最大達到155.5°;由其余粒徑的羰基鐵粉配制而成的磁性混合液在質量分數為30%時,HFF的水滴靜態接觸角達到最大。當粒徑為10 μm時,制備HFF的水滴最大靜態接觸角為154.3°。當粒徑為15 μm時,制備HFF水滴的最大靜態接觸角為144.2°。當粒徑為20 μm時,制備HFF水滴的最大靜態接觸角僅為138.2°。

圖11 接觸角隨羰基鐵粉質量分數和粒徑的變化情況

在外界環境磁感應強度一定的條件下,磁性微粒受到磁場磁化,變為磁偶極子,進而在磁場中保持能量最低的粒子鏈平衡態。隨著羰基鐵粉質量分數的增大,磁性混合物單位體積內包裹的磁性微粒增多,在單位面積上的粒子鏈增多,粒子鏈側向團聚為直徑大的柱,減小了空氣間隙,使液滴界面的氣液接觸面積增大,進而增大了水滴在疏水表面的接觸角。當羰基鐵粉的質量分數超過一定限值后,粒子鏈側向團聚加劇,磁性微錐之間的距離增大,水滴直接滲入微錐間隙,造成液滴接觸角的下降。在羰基鐵粉質量分數相同時,粒徑越小,單位體積內的磁性顆粒數量越多,單位面積的粒子鏈數量越多,且粒子鏈的間距越小,水滴靜態接觸角越大。

4 結論

1)磁性混合液中具有各向同性的分散相粒子,受到磁場力等其他力的作用后,自發形成了能量最低的粒子鏈平衡態。先選用不同的載液模板類型和分散相粒徑,再通過調節磁性混合液的質量分數和固化環境磁感應強度等控制因素后,可使樣品在表面潤濕狀態達到超疏水狀態。

2)對所制備疏水柔性薄膜的黏附性、疏水性和附著力等性能進行了表征,結果表明,疏水薄膜具有實際應用價值。同時,為了優化疏水柔性薄膜的制備方案,文中還探究了模板類型、磁感應強度、分散相(粒徑和質量分數)對柔性薄膜表面疏水性能的影響。結果表明,疏水薄膜可以完全實現超疏水的性能要求,并且疏水柔性薄膜的成本價只有143元/m2,為利用磁控誘導法制備疏水薄膜提供了參考。

3)后續工作將進一步探索疏水柔性薄膜的實際應用價值,使疏水柔性薄膜在具備超疏水功能的同時,兼具主動防冰等其他性能。文中制備的疏水柔性薄膜性能穩定,可以解決疏水柔性薄膜在定向轉移液滴過程中存在的性能不穩定和表面耐久性差等問題。

[1] NGUYEN T B, PARK S, LIM H. Effects of Morphology Parameters on Anti-Icing Performance in Superhydro-phobic Surfaces[J]. Applied Surface Science, 2018, 435: 585-591.

[2] HOU Guang-lei, CAO Mo-yuan, YU Cun-ming, et al. Foolproof Method for Fast and Reversible Switching of Water-Droplet Adhesion by Magnetic Gradients[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9(27): 23238-23245.

[3] BISWAS S, POMEAU Y, CHAUDHURY M K. New Drop Fluidics Enabled by Magnetic-Field-Mediated Elastocapillary Transduction[J]. Langmuir, 2016, 32(27): 6860-6870.

[4] 王冠, 張德遠, 陳華偉. 飛機防冰——從傳統到仿生的發展[J]. 工業技術創新, 2014, 1(2): 241-250.

WANG Guan, ZHANG De-yuan, CHEN Hua-wei. The Development of Aircraft Anti-Icing—from Traditional to Bionic[J]. Industrial Technology Innovation, 2014, 1(2): 241-250.

[5] 萬燕霞. 面向藥物輸送的磁液彈珠特性研究[D]. 昆明: 昆明理工大學, 2018.

WAN Yan-xia. Study on Characteristics of Magnetic Liquid Marbles for Drug Delivery[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2018.

[6] 胡良權, 陳進格, 沈昕, 等. 風力機葉片結冰水滴收集系數計算[J]. 太陽能學報, 2020, 41(3): 22-28.

HU Liang-quan, CHEN Jin-ge, SHEN Xin, et al. Calculation of Water Droplets Collection Efficiency on Wind Turbine Blades[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2020, 41(3): 22-28.

[7] LIU Chao, CHEN Su-hua, YANG-ZHOU Chi-hao, et al. Application of Nano-Hydroxyapatite Derived from Oyster Shell in Fabricating Superhydrophobic Sponge for Efficient Oil/Water Separation[J]. Molecules, 2021, 26(12): 3703.

[8] CHEN Ge, DAI Zi-yi, LI Shun-bo, et al. Magnetically Responsive Film Decorated with Microcilia for Robust and Controllable Manipulation of Droplets[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(1): 1754- 1765.

[9] XING Wei, LI Zu, YANG Hai-ou, et al. Anti-Icing Aluminum Alloy Surface with Multi-Level Micro-Nano Textures Constructed by Picosecond Laser[J]. Materials & Design, 2019, 183: 108156.

[10] CUI Wen-juan, PAKKANEN T A. Icephobic Performance of One-Step Silicone-Oil-Infused Slippery Coatings: Effects of Surface Energy, Oil and Nanoparticle Contents[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2020, 558: 251-258.

[11] CHEN Feng-jun, XIANG Wang, YIN Shao-hui, et al. Magnetically Responsive Superhydrophobic Surface with Switchable Adhesivity Based on Electrostatic Air Spray Deposition[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(17): 20885-20896.

[12] HUANG Yu, STOGIN B B, SUN Nan, et al. A Switchable Cross-Species Liquid Repellent Surface[J]. Advanced Materials, 2017, 29(8): 1604641.

[13] BARTHLOTT W, NEINHUIS C. Purity of the Sacred Lotus, or Escape from Contamination in Biological Surfaces[J]. Planta, 1997, 202(1): 1-8.

[14] NEINHUIS C, BARTHLOTT W. Characterization and Distribution of Water-Repellent, Self-Cleaning Plant Surfaces[J]. Annals of Botany, 1997, 79(6): 667-677.

[15] CASSIE A B D. Contact Angles[J]. Discussions of the Faraday Society, 1948, 3: 11.

[16] CASSIE A B D, BAXTER S. Wettability of Porous Surfaces[J]. Transactions of the Faraday Society, 1944, 40: 546-551.

[17] WENZEL R N. Resistance of Solid Surfaces to Wetting by Water[J]. Industrial & Engineering Chemistry, 1936, 28(8): 988-994.

[18] WENZEL R N. Surface Roughness and Contact Angle[J]. The Journal of Physical and Colloid Chemistry, 1949, 53(9): 1466-1467.

[19] YOUNG T. An Essay on the Cohesion of Fluids[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1805, 95: 65-87.

[20] ZHENG Q S, YU Y, ZHAO Z H. Effects of Hydraulic Pressure on the Stability and Transition of Wetting Modes of Superhydrophobic Surfaces[J]. Langmuir: the ACS Journal of Surfaces and Colloids, 2005, 21(26): 12207- 12212.

[21] 黃彥. 磁性液體磁致微結構演化和磁?流場粘滯研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2015: 5-29.

HUANG Yan. The Study of Magneto Microstructures Evolution and Viscocity under Magnetic & Flow Field of Ferrofluids[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2015: 5-29.

[22] JOLLY M R, CARLSON J D, MU?OZ B C, et al. The Magnetoviscoelastic Response of Elastomer Composites Consisting of Ferrous Particles Embedded in a Polymer Matrix[J]. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996, 7(6): 613-622.

[23] PHILIP J, LASKAR J M, RAJ B. Magnetic Field Induced Extinction of Light in a Suspension of Fe3O4Nanop-articles[J]. Applied Physics Letters, 2008, 92(22): 221911.

[24] HALSEY T C. Electrorheological Fluids[J]. Science, 1992, 258(5083): 761-766.

[25] LASKAR J M, PHILIP J, RAJ B. Experimental Evidence for Reversible Zippering of Chains in Magnetic Nanof-luids under External Magnetic Fields[J]. Physical Review E, Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, 2009, 80(4): 041401.

[26] FANG W X, HE Z H, XU X Q, et al. Magnetic- Field-Induced Chain-Like Assembly Structures of Fe3O4Nanoparticles[J]. Europhysics Letters (EPL), 2007, 77(6): 68004.

[27] 裴雷. 磁性液體力學性能與機理的數值模擬研究[D]. 合肥: 中國科學技術大學, 2020: 8-35.

PEI Lei. Simulations on the Mechanical Properties and Mechanism of Magnetic Fluids[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2020: 8-35.

Preparation and Performance of Magnetically Induced Super-hydrophobic Flexible Film

(Faculty of Aerospace Engineering, Civil Aviation Flight University of China, Sichuan Guanghan 618307, China)

The work aims to prepare super-hydrophobic flexible film with good self-cleaning and portability by simple scheme on the different structured template surfaces. It is an extremely simple and efficient method to prepare hydrophobic thin films with low cost (143 yuan/m2), short product cycle time (15 h), and self-cleaning and excellent structural adaptability for experimental samples and such films have great promise in biomedical, transportation and energy applications. Magnetic particles in an external magnetic environment responded spontaneously to a chain of common-linear dipole moment particles parallel to the applied magnetic field in order to maintain the lowest energy equilibrium state. By controlling the magnitude of magnetic induction in the external environment, the height, width and spacing between the magneto-cones formed by the lateral agglomeration of magnetic particle chains in the microstructure were adjusted to obtain the best anti-wetting state of water droplets on the surface of flexible films. This study focused on the effects of the formulation parameters of the magnetic mixture, the cured substrate of the hydrophobic films and the external magnetic induction strength on the hydrophobic properties of the sample films. The magnetic mixture of different concentrations was prepared with different particle sizes of carbonyl iron powder as the dispersed phase and polydimethylsiloxane as the carrier, and then the magnetic mixture was applied to the smooth primary structured template and the secondary structured template with regular microstructure by the film applicator, and placed in the external magnetic field environment, and the coating was pre-cured at room temperature for 12 h, and then moved to the vacuum drying oven at 120 ℃ for 3 h. The coating was cured for 3 h to form a flexible film with hydrophobic properties. The flexible films formed on the surface of secondary structured templates were observed by scanning electron microscopy, which had more diverse microstructures than the flexible films formed on the surface of primary structured templates, facilitating the formation of Cassie-Wenzel states on the surface of the films by water droplets. The wetting performance of 5 μL water droplets on the surface of flexible films was tested by contact angle measuring instrument. The results showed that the static contact angle of water droplets on the surface of flexible films was more than 150°, and the rolling angle was less than 10°, and the adhesion of water droplets on the surface of flexible films was low, and the rolling process could take away impurities on the surface of films, showing good self-cleaning property. Secondly, the film sample structure was highly adaptable and could be used on the surface of various complex configurations of components. The continuous magneto-microcones formed on the primary and secondary structured template surfaces can make the surface of the flexible films prepared under specific conditions completely superhydrophobic, but the overall hydrophobic performance of the flexible hydrophobic films formed on the secondary structured template surface is better than that of the flexible hydrophobic films formed on the primary structured template surface. The scheme has the advantages of simple operation, low price, short preparation cycle and the preparation process is harmless to both human body and the environment, which is suitable for industrial production, and the hydrophobic properties of hydrophobic films under different preparation parameters are characterized to lay the foundation for further functional development such as active deicing.

super-hydrophobic; micro-nano structure; magnetically responsive; adhesion; self-cleaning

TQ317.9;TB34

A

1001-3660(2022)12-0303-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.12.031

2022?01?05;

2022?03?29

2022-01-05;

2022-03-29

結冰與防除冰重點實驗室開放課題(IADL20190407);中國民用航空飛行學院研究生科研創新項目(X2021?8)

Open Fund of Key Laboratory of Icing and Anti/De-icing (IADL20190407); This project is sponsored by Civil Aviation Flight University of China Science Innovation Fund for Graduate Students (X2021-8)

楊華榮(1996—),男,碩士,主要研究方向為民用航空新材料與新技術。

YANG Hua-rong (1996-), Male, Master, Research focus: new materials and technologies for civil aviation.

李夢(1978—),男,博士,教授,主要研究方向為民用航空新材料與新技術。

LI Meng (1978—), Male, Doctor, Professor, Research focus: new materials and technologies for civil aviation.

楊華榮, 李夢, 趙欣, 等.磁控誘導超疏水柔性薄膜的制備及其性能研究[J]. 表面技術, 2022, 51(12): 000-000.

YANG Hua-rong, LI Meng, ZHAO Xin, et al. Preparation and Performance of Magnetically Induced Super-hydrophobic Flexible Film[J]. Surface Technology, 2022, 51(12): 000-000.

責任編輯:彭颋

猜你喜歡
結構
DNA結構的發現
《形而上學》△卷的結構和位置
哲學評論(2021年2期)2021-08-22 01:53:34
論結構
中華詩詞(2019年7期)2019-11-25 01:43:04
新型平衡塊結構的應用
模具制造(2019年3期)2019-06-06 02:10:54
循環結構謹防“死循環”
論《日出》的結構
縱向結構
縱向結構
我國社會結構的重建
人間(2015年21期)2015-03-11 15:23:21
創新治理結構促進中小企業持續成長
現代企業(2015年9期)2015-02-28 18:56:50
主站蜘蛛池模板: 色有码无码视频| 日韩黄色在线| 97精品久久久大香线焦| 国产三级国产精品国产普男人 | 国产91丝袜在线播放动漫| 国产成人在线小视频| 久久国语对白| 女人18毛片一级毛片在线| 亚洲91精品视频| 国产理论一区| 成人国产小视频| 亚洲色欲色欲www网| 国产成人91精品免费网址在线| 久久永久精品免费视频| 伊人91在线| 无码福利视频| 国产青榴视频在线观看网站| 91尤物国产尤物福利在线| 欧美成人怡春院在线激情| 国产成人91精品| 亚洲欧美日韩动漫| 日韩亚洲综合在线| 久久无码免费束人妻| 国产丝袜第一页| 一本一道波多野结衣av黑人在线| 97无码免费人妻超级碰碰碰| 免费一级成人毛片| 免费欧美一级| 亚洲色图在线观看| 手机精品视频在线观看免费| 久热99这里只有精品视频6| 亚洲天堂日韩在线| 国产免费久久精品99re不卡| 久久毛片网| 免费无码AV片在线观看中文| 亚洲无码91视频| 国产日韩精品欧美一区喷| 亚洲一区二区约美女探花| 日韩色图区| 亚洲精品视频免费观看| 国产SUV精品一区二区6| 亚洲中文精品久久久久久不卡| 婷婷综合亚洲| 久久这里只有精品23| 人妻精品久久无码区| 国产欧美日韩18| 亚洲成人在线免费| 久久亚洲国产一区二区| 在线观看亚洲精品福利片 | 97人人模人人爽人人喊小说| 91成人在线观看| 国产日韩丝袜一二三区| 国产日韩久久久久无码精品| 久久永久免费人妻精品| 久久国产精品夜色| 亚洲视频色图| 91人妻在线视频| 成人福利视频网| 激情無極限的亚洲一区免费| 中国美女**毛片录像在线| 天天做天天爱夜夜爽毛片毛片| 精品一区国产精品| 日韩资源站| 国产在线观看99| 四虎在线高清无码| 成人精品区| 亚洲天堂区| 午夜视频日本| 女人爽到高潮免费视频大全| 国产欧美在线观看一区| 伦伦影院精品一区| 亚瑟天堂久久一区二区影院| 亚洲精品在线91| 99这里只有精品免费视频| 亚洲综合色婷婷| 国产精品成人观看视频国产| 四虎影视8848永久精品| 亚洲日本中文字幕天堂网| 在线观看视频99| 亚洲无码一区在线观看| 成人韩免费网站| 99伊人精品|