非晶合金可控表面微結(jié)構(gòu)的超疏水性研究.pdf

1、源于荷葉表面自清潔效應(yīng)的超疏水性已成為材料、仿生等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,而決定材料表面超疏水性的兩個(gè)最關(guān)鍵的因素分別為表面能和表面微結(jié)構(gòu)。目前,針對(duì)超疏水性的研究多集中在高分子材料、碳納米管等有機(jī)材料。然而,這些材料較差的機(jī)械性能和耐久性使其無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。傳統(tǒng)金屬材料由于具有晶粒尺寸效應(yīng)而難以制造出微、納結(jié)構(gòu)。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(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的精密復(fù)制。此外,非晶合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能和耐

2、腐蝕性能。因此,在超疏水性方面具有潛在的應(yīng)用前景。
　　本論文首先采用感應(yīng)熔煉/銅模噴鑄和電弧熔煉/銅模吸鑄技術(shù)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(duì)所制備的合金微結(jié)構(gòu)和熱學(xué)參數(shù)進(jìn)行表征;采用接觸角儀對(duì)兩種合金體系本征接觸角進(jìn)行測(cè)量,并采用Owens-Wendt理論計(jì)算出這兩種合金體系的相對(duì)表面能大小。
　　然后,

3、以設(shè)計(jì)好的蜂窩狀微結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、激光共聚焦掃描顯微鏡對(duì)表面形貌、成形高度進(jìn)行表征;并采用接觸角儀對(duì)其表面接觸角進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)構(gòu)表明:在沒有任何低表面能物質(zhì)修飾的前提下,Pd基非晶合金表面蜂窩狀微結(jié)構(gòu)的最大接觸角能達(dá)153.8°,表現(xiàn)出超疏水性,并且有較好的穩(wěn)定性。對(duì)此現(xiàn)象,本文通過表面引入由表面微結(jié)構(gòu)變化引起的表面能梯度分布的物理量,對(duì)Ca

4、ssie-Baxter理論進(jìn)行修正,合理解釋了Pd基非晶合金蜂窩狀微結(jié)構(gòu)表面具有超疏水性的微觀機(jī)制。
　　考慮到表面能對(duì)非晶合金表面疏水性的影響,本研究同時(shí)對(duì)具有相對(duì)表面能較高的Zr基非晶合金表面進(jìn)行熱壓印成形。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Zr基非晶合金蜂窩狀微結(jié)構(gòu)表面最大接觸角僅133.8°左右,不具備超疏水性。對(duì)此,本文采用HF酸溶液對(duì)成形后的Zr基非晶合金表面進(jìn)行腐蝕,形成微納復(fù)合結(jié)構(gòu),并對(duì)其疏水性進(jìn)行表征。結(jié)果表明,在不經(jīng)任何化學(xué)物質(zhì)修飾條件