Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Изготовление металлических Superhydrophobic поверхностей антиобледенения приложений

8.2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/57635

⸱

15 августа 2018 г.

 ,  ,  ,  , 
1Biocolloid and Fluid Physics Group, Faculty of Sciences, Applied Physics Department, University of Granada

В этой статье

Краткое содержание

Мы иллюстрируют несколько методик производить superhydrophobic поверхности металла и изучить их долговечности и антиобледенения свойства.

Аннотация

В этой работе представлены несколько способов для получения superhydrophobic поверхности металла. Алюминия был выбран в качестве металлической подложки из-за его широкого использования в промышленности. Смачиваемость поверхности производства был проанализирован подпрыгивая падение эксперименты и топографии был проанализирован confocal микроскопии. Кроме того мы покажем различные методологии для измерения его долговечность и антиобледенения свойства. Superhydrophobic поверхностей проводят специальные текстуры, которые должны быть сохранены, чтобы держать их гидрофобизации. Для изготовления прочной поверхности, мы последовали две стратегии для включения устойчивостью текстуру. Первая стратегия является прямое включение шероховатости на металлической подложке путем травления кислотой. После этого поверхности texturization поверхностной энергии уменьшился на silanization или фторопластовые осаждения. Вторая стратегия является рост ceria слоя (после поверхности texturization), который должен повысить Поверхностная твердость и устойчивость к коррозии. Поверхностная энергия была снижена с пленкой стеариновая кислота.

Долговечность superhydrophobic поверхностей было рассмотрено испытание на удар частиц, механический износ бокового износа, и УФ озон сопротивления. Антиобледенения свойства были изучены, изучая возможность отменить subcooled воды, замораживания задержки и сцепление на льду.

Введение

Способность superhydrophobic поверхностей (SH) для отражения воды причина что они традиционно предлагается в качестве решения для предотвращения обледенения1,2. Однако, существуют опасения относительно пригодности SH поверхностей для агентов антиобледенения: 1) высокие издержки производства, 2) что superhydrophobicity не всегда ведет к лед phobicity3и 3) сомнительной прочностью SH поверхности4 . Superhydrophobic поверхностей держать два свойства, связанные с их топографии и химический состав5: они являются грубыми, с топографические особенности; и их поверхностной энергии является низким (неразрывно гидрофобные).

Шероховатости на гидрофобной поверхности служит для уменьшения соотношение между реальной твердое вещество жидкость и очевидной площадь контакта. Вода является не полностью контакте тела благодаря lotus эффект6,7, когда падение лежит или перемещается на неровности поверхности. В этом случае интерфейс твердое вещество жидкость действует гетерогенно с двух химических доменов: самой твердой поверхности и крошечные пузырьки воздуха в ловушке между твердой и воды8. Степень водоотталкивающие подключен к количество воздуха, потому что патчи воздуха являются гладкими и его внутренние контактный угол 180°. Некоторые исследования сообщают включения иерархической текстуры поверхности с микро- и нано неровности в качестве оптимальной стратегии для обеспечения лучшего водоотталкивающие свойства (более наличие воздуха в интерфейсе твердое вещество жидкость)9. Для некоторых металлов лоу кост стратегией для создания шероховатости два уровня функции — кислота травления10,11. Эта процедура часто используется в промышленности. С некоторыми кислоты концентрации и травления раз поверхности металла раскрывает надлежащей иерархической шероховатости. В общем шероховатости поверхности оптимизирована путем изменения концентрации кислоты, время травления или оба12. Поверхностная энергия металлов высок и по этой причине изготовление водоотталкивающим металлических поверхностей требует позднее гидрофобизации.

Гидрофобизации обычно достигается путем осаждения гидрофобной пленки, с использованием различных методов: silanization10,13,14dip покрытие, спин покрытие15, распыления17 16 или плазменного напыления . Silanization был предлагаемого18 как один из наиболее перспективным инструментом для улучшения низкая стойкость поверхности SH. В отличие от других методов осаждения silanization процесс основан на ковалентная связь между группами Si-OH с поверхности гидроксильных групп в металлической подложки10. Недостатком silanization процесса является необходимость создать достаточно гидроксильных групп высокой степени охвата и единообразия предыдущие активации субстрата металла. Другая стратегия, недавно предложил производить устойчивые superhydrophobic поверхностей является использование покрытий РЗМ-19,20. Ceria покрытия имеют два свойства, которые оправдывают это использование: они могут быть внутренне гидрофобные21, и они надежны, механически и химически. В частности одним из наиболее важных причин, почему они выбрали в качестве защитных покрытий является их защиты от коррозии способности20.

Производить долговечные SH металлических поверхностей, рассматриваются два вопроса: текстуры поверхности не должны быть повреждены, и гидрофобные плено должны твердо закреплено к подложке. Поверхности обычно подвергаются носить возникла боковых ссадина или частиц воздействия4. Если повреждены выступами, гидрофобизации может быть существенно уменьшен. В экстремальных условиях гидрофобное покрытие может быть частично удалены с поверхности или может химически разлагаться УФ облучения, влажности или коррозии. Дизайн прочного SH поверхности покрытий является важной задачей для покрытия и поверхности техники.

Для металлов, один из самых высоких требований является, что способность антиобледенения основывается на трех взаимосвязанных аспектах22 , как показано на рисунке 1: subcooled водоотталкивающие, замораживания задержки и низкой льда адгезии. Открытый Обледенение происходит при subcooled воды, обычно дождя падает, вступает в контакт с твердой поверхности и быстро замороженных гетерогенной нуклеации23. Сформированные льда (иней) прочно прикреплены к поверхности. Таким образом первый шаг, чтобы избежать обледенения является сократить время контакта твердых воды. В случае superhydrophobic поверхности капли дождя может быть выслан из поверхности перед замораживанием. Кроме того было доказано, что в влажных условиях, поверхности с высоким углом контакта задержки, замораживания более эффективно, чем те, с низким углом контакта24. По этим двум причинам SH поверхности являются наиболее подходящей поверхности для уменьшения обледенения. Однако время жизни superhydrophobic поверхностей может быть ключевой момент, поскольку условиях обледенения, обычно агрессивной25. Некоторые исследования пришли к выводу, что SH поверхности не являются лучшим выбором для уменьшения льда адгезии26. После форм льда на поверхности, она остается твердо прилагаемый из-за неровности поверхности. Шероховатости увеличивает площадь соприкосновения поверхности льда и городами в качестве взаимосвязанных агентов26. Чтобы избежать обледенения, если нет никаких следов льда уже присутствует на поверхности рекомендуется использовать прочный SH поверхностей.

В этой работе мы представляем несколько протоколов для получения прочных поверхностях SH на металлические субстраты. Мы используем алюминиевые (Al) как субстрат, потому что он широко используется в промышленности, и включение свойства антиобледенения особенно актуально для некоторых приложений (Услуги горнолыжных курортов, Аэронавтика, и т.д.). Мы готовим три типа поверхностей: текстурированная поверхность Аль, покрытые фторполимерные покрытия, текстурированной поверхности silanized Аль fluorosilane и церия стеариновая кислота бислой на Al подложке. Подобные методы17,27,28,29 обеспечивают 100-300 Нм фильм толщины или даже Однослойные пленки. Для каждой поверхности мы измерить их свойства смачивания и провел испытания на износ. Наконец мы проанализировали их антиобледенения производительности с помощью трех тестов, направленных зонда независимо друг от друга три свойства, показанный на рисунке 1.

Наш протокол основан на схеме показано на рисунке 2. После того, как готовятся SH Al поверхности, их свойства смачивания и топографии проанализированы, чтобы определить их отталкивающих свойств свойства и характеристики шероховатости. Смачивание свойства анализируются подпрыгивая падение экспериментов, который является техника, подключенных к воды растяжение адгезии. Поскольку наблюдение за снижение отказов не требуется, этот метод подходит только для superhydrophobic поверхностей13. Для каждой обработки поверхности мы подготовили, по крайней мере четыре образцы для проведения испытаний антиобледенения и еще четырех образцов для испытания прочности. Ущерб, причиненный после каждого испытания на долговечность была проанализирована путем измерения потери смачивания свойств и особенностей шероховатости. Подобные прочность проверяет предлагаемые в этой работе использовались недавно для других металлических поверхностей27,30.

Относительно испытаний, антиобледенения цель этого исследования необходимо определить ли использование производимых поверхностей SH Аль удобны как антиобледенения агентов. Следовательно, мы проанализировали, для сравнения, производительность двух контрольных образцов:) неочищенные Аль образец (гладкая гидрофильные) и b гидрофобизированные но не текстурированной образец (гладкая гидрофобные). Для той же цели использование текстурированной, но не гидрофобизированные поверхности могут представлять интерес. К сожалению эта поверхность чрезвычайно смачиваемые и антиобледенения испытания не может осуществляться для них.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Примечание: Протокол следует схеме показано на рисунке 2.

1. Пробоподготовка

  1. Резка и очистка
    1. Использование металла shear, 250 x 250 мм x 0,5 мм листы алюминия нарежьте 25 x 45 мм x 0,5 мм шт.
      Примечание: Особое внимание должны быть приняты при использовании металла shear, и может понадобиться специальный курс подготовки.
    2. Удалите защитную пленку, охватывающих одну сторону образца и мыть эту сторону, используя около 50 мл моющего раствора. Стирайте образцы мягко в перчатках. Избегайте использования абразивных мочалки.
    3. Обильно промывайте образцы в поток дистиллированной воды. Впоследствии, погрузить каждый образец в 30 мл, этанол 96%, sonicate для 300 s и повторять в 30 мл ультрачистая вода для 300 s.
    4. Удаление образцов из воды и высушите их за 1 ч при комнатной температуре.
  2. Травления кислотой
    1. Для травления реакции Подготовьте 4 M раствор HCl в сверхчистой воды13. Погружать каждого образца в 80 мл этого раствора для 480 s. После примерно 360 становится более энергичной реакции s, когда родной оксид поверхностный слой удаляется.
      Предупреждение: Для обеспечения безопасности, проведение этой реакции в капюшоне. Надевайте перчатки, лабораторный халат и защитные очки.
    2. Рядом с стакан, содержащих кислоты раствор Подготовьте еще один стакан с ультрачистая вода внезапно прекратить реакции. С помощью пинцета политетрафторэтилена, удалить образец из раствор кислоты и погружать его в воду. Промойте образца в изобилии ультрачистая вода.
    3. Полностью высушите образцы продувкой их с отфильтрованной и сжатого воздуха. Обратите внимание, что пример после травления реакции superhydrophilic и сушки может быть трудной задачей. После макроскопических удаления воды, дует, удалить следы воды в духовке при температуре 120 ° C 600 s.
      Примечание: Этот процесс сушки в эфирных, особенно для образцов быть позднее silanized.
  3. Гидрофобизации
    1. Гидрофобизации, ФАС-17 silanization
      1. До silanization паровой фазы, лечить образцы с воздушно плазменной 600 s с помощью плазмы чистых на 100 Вт. Этот процесс активизируется поверхностных функциональных групп (-OH группы), выступать в качестве компоновщика молекулы силана.
      2. Впоследствии представить образцы внутри стекла Петри, слегка наклонена с помощью кончика пипетки для слегка наклонить поверхность. Депозит два 50 мкл капель 1H, 1 час, 2 Ч, 2H-Perfluorodecyl-triethoxysilane (ФАС-17) на Петри блюдо рядом с образца13.
      3. Частично покрыть Петри блюдо и поместить его в воздух эвакуированы Эксикатор на ночь. Наконец проветрите эксикаторе. Удаление образцов, которые готовы к использованию.
    2. Гидрофобизации, фторопластовые (политетрафторэтилена) осаждения
      1. Спрей травлению образцы16 из около 10 см с раствором аморфного фторопласт в растворителе фторуглеродов в соотношении 1/20 (v/v)16. Духи диффузор, заполненные раствором может использоваться для этой цели. Высушите при комнатной температуре для 600 s. Повторите тот же процесс над поверхностью чистой-травленная сделать поверхность гладкой гидрофобная алюминия (R = 0.25±0.03 мкм).
      2. Нанесите второй слой и представить образцы в 110 ° C духовке для 600 s, чтобы обеспечить полное удаление растворителя и сшивки фторполимерные покрытия. Этот процесс увеличивает прочность, как указано заводом-изготовителем.
    3. Гидрофобизации осаждением ceria стеариновая кислота
      1. Чистой травлению образцы в ацетоне/этанола/воды, sonicate их для 300 s в воде и высушите их в потоке сжатого воздуха.
      2. Погружайте образцы31 50 мл водного раствора содержит 2 g гептогидрата хлорид церия (CeCl3·7H2O) и 3 мл 30% пероксида водорода (H2O2). Инкубируйте образца, погружен в раствор в 40 ° C духовку на 1 час.
      3. Удалите его из раствора, промойте его в дистиллированной воде и высушите в духовке 100 ° C для 600 s.
      4. Погрузить образец в растворе этанола 30 мм стеариновой кислоты для 900 s, промойте его в этаноле и сушить в духовке 100 ° C для 600 s.
        Примечание: После того, как сушеные и охлаждают до комнатной температуры, образцы готовы к использованию. SH поверхности производится с покрытие ceria стеариновая кислота именуемой Ce-са с покрытием поверхности.

2. образец характеристика

  1. Смачивание анализ
    1. Подпрыгивая падение эксперименты
      1. Оцените степень отталкивающих свойств воды производства образца, подпрыгивая капли эксперименты13. Подсчитать количество отскоков, учитывая падение, которое освобождается от фиксированной шприц, чьи игла находится в (10.1 ± 0,2) мм над поверхностью. Падение объема обычно является 4 мкл.
      2. Захват последовательности с помощью высокоскоростной камеры. В высокоскоростной видео приобретения программного обеспечения исправьте приобретение скорость до 4200 изображений в секунду и время экспозиции до 235 МКС.
      3. После записи видео, выберите последовательность с того момента, когда падение будет выпущена до падения уже в полном контакте с образцом (нет больше отскоков наблюдаются). Сохраните видео файл.
      4. Для каждого изображения обнаружение падение профиль с помощью программного обеспечения32. Впоследствии подсчитать количество отскоков невооруженным глазом при воспроизведении видео последовательности. В случае, если что она легко не определены, подсчитать количество Максима выше положение центра масс статические падение (более 15-20%).
    2. Наклоняя тарелку эксперименты
      1. Используйте этот тест только для количественной оценки ущерба, причиненного каждой конкретной износа испытания. Анализ сдвига адгезии капли воды с наклона пластины экспериментов (TPE)33 с помощью лаборатории разработан наклоном аппарата34.
      2. Использование изображений сбоку приобретение скальный капли на хранение на образце фиксированной наклоняемый платформу. Во время захвата изображений (скоростью постоянного приобретения 16 кадров в секунду) наклона платформы с постоянной угловой скоростью (5 ° / s). Таким образом запись образа перетаскивания каждый 0,31 °.
        Примечание: Выше конкретные угол падения движется (слайды/рулонов выкл) на поверхности и это состояние может служить для определения продвижения и опускание контактные углы (ACA и RCA, соответственно) одновременно. Минимальный угол наклона, который производит глобальное перемещение линии соприкосновения (гору и под гору линии соприкосновения точки перемещаются одновременно) называется угол скольжения (SA). SA является значением сообщили здесь из TPE.
  2. Измерения шероховатости
    1. Анализ микро неровностей образцов, с использованием белого света конфокального микроскопа. Задайте область сканирования 0,252 x 0,187 мм за один топографии.
    2. Возьмите по крайней мере 4 одного топографии на сэмпл. Используйте цель увеличения 50 X, захватив 200 вертикальных плоскостей вертикальных шагов 0.2 мкм. Определение коэффициента РА (арифметические шероховатости амплитуда).

3. прочность тесты

Примечание: Оценки повреждений, вызванных каждый агент носить отдельно. Не проводить более чем одного испытания износа на сэмпл.

  1. Боковые истиранию тесты
    Примечание: Бокового износа испытания (см. рис. 3а) выполняются посредством коммерческих линейной абразива. Этот тест направлен для оценки износа, вызванных тангенциальной перемещения кончика стандартной абразивной против поверхности. Это устройство позволяет использовать широкий спектр абразивы, установив широкий спектр применения давления, боковой скорости и общее количество циклов абразивными35.
    1. Используйте стандартный резиновый абразивные CS-10, предоставляемых производителем. Исправьте скорости до 20 циклов в минуту управления приложенного давления с помощью весов. Установите минимальное давление допускаемое инструмент, который соответствует общим весом 350 g.
      Примечание: Учитывая ширина кончика (6.70±0.05 мм) и используется вес, соответствующий приложенного давления для этих параметров является 97.3±1.4 кПа. Общая площадь изношенные ограничено ширины кончика и общая длина для каждого цикла истиранию. Установите его в 38,1 мм.
    2. Для каждой выборки оценки износа, вызванного после 1, 2, 3 и 5 циклов.
      1. После каждого лечения износа нежно кисть поверхности (с помощью прилагаемой щеточки заводом-изготовителем), промыть в воде и удар по с помощью сжатого воздуха. Оценивают смачивания свойства с помощью TPE, как описано в разделе 2.1.2.
  2. Испытания на удар абразивных частиц
    1. Проведение испытаний воздействия частиц, используя настройки, показано на рисунке 3b, который вдохновлен стандартной износу тест D968. Выпуск 30 мл (около 55 g) абразивный песок из стекла воронку. Найдите его крайней нижней (25±1) см от поверхности.
    2. Используйте воронку диаметром крана (12±1) мм и длиной (97±1) мм. место воронку вертикально, а наклон 45° образца. После влияющих на образце, собирайте песок в контейнере, расположенную ниже.
    3. После износа цикла проводится, промыть поверхность с дистиллированной водой, высушить в потоке сжатого воздуха и оценивают свойства смачивания, TPE (раздел 2.1.2). Повторите этот процесс до 3 раза для каждого образца.
  3. УФ озон деградации поверхности тест
    1. Провести испытание деградации УФ озона с использованием озона чище. Лечить каждый образец при комнатной температуре 600 s и повторите цикл один раз.
    2. Впоследствии промойте поверхности в воде и высушить сжатым воздухом.
    3. Оценивают свойства смачивания, TPE, описанные в разделе 2.1.2 определить, остаются ли superhydrophobic свойства после УФ облучения.
  4. Испытание погружением в воду
    1. Оценки износа, вызванного водонефтяного контакта после длительного погружения в воду. Ввести образец в 100 мл стакан сверхчистой воды за 24 часа.
    2. Удалить образцы из воды, высушить сжатым воздухом и поместить их в 120 ° C духовке для 600 s, чтобы обеспечить полное удаление воды с поверхности. Когда поверхность полностью высох, оценивают свойства смачивания после воздействия воды, используя протокол, описанные в разделе 2.1.2.

4. Оценка эффективности антиобледенения

Примечание: Оценка эффективности антиобледенения основана на трех аспектах, показанный на рисунке 1.

  1. Subcooled вода капает тест
    Примечание: Subcooled водоотталкивающие образцов проверяется с помощью настройки, показано на рисунке 4a. Образец представлен внутри морозильной камере на 20 ° С, которая крепится поверх наклонных (30 °) платформы. Смесь льда и дистиллированной воды в равновесии (стабилизированное температуре 0 ° C) помещается за пределами морозильной камере.
    1. Насос холодной воды внутри камеры с использованием перистальтического насоса и его циркулировать внутри морозильной камеры, перед быть капала на образце по низкой ставке по 1 капле каждые 3 секунды. Одной капли имеют объем примерно 50 мкл.
    2. После того, как инициируется процесс капает, захватить боковое изображение образца каждые 10 s, чтобы определить, происходит ли обледенения.
  2. Замораживание задержки тест
    1. Проведения замораживания тест задержки внутри же морозильные камеры, упомянутых в предыдущем разделе.
    2. Определить процент скальный капли на хранение на образце, которые замораживания, для каждой температуры в процессе охлаждения от комнатной температуры до приблизительно от-25 ° C. Настройки для этого теста показан на рисунке 4В.
    3. Уровень образца (с нулевым наклоном) и хранение скальный капли тщательно, чтобы избежать ролл офф. Благодаря высокой подвижности капель на водоотталкивающей поверхности место меньшее количество их на образцах SH. Повторите эксперимент для SH поверхностей несколько раз.
    4. Контроль температуры и относительной влажности воздуха с помощью тепловой зонд. Относительная влажность (RH) управление с коммерческие увлажнитель. RH-примерно 95% когда увлажнитель включается, и он уменьшается до приблизительно 40%, когда увлажнитель выключен.
    5. Используйте около 200 капель 30 мкл на сэмпл (падение замораживания это явление стохастического и анализ требует использования большого числа капель).
      Примечание: Таким образом, для этого теста используйте более крупные выборки, чем те, которые используются для остальной части исследования. В этом случае размер 125 мм x 62,5 мм и адаптировать протокол либо etch образца или hydrophobize их поверхности новые размеры выборки.
    6. Поместите образец в середине нижней части морозильной камеры на вершине изолирующий платформы. Аккуратно депозит массив 70 капель на сэмпл (25 для superhydrophobic образца). Закройте морозильник и включите его.
      Примечание: Температура уменьшается линейно в время от комнатной температуры до приблизительно от-25 ° C. Скорость охлаждения зависит от относительной влажности. При низкой относительной влажности (увлажнителя отсоединен от сети) весь процесс занимает приблизительно 2 часа, в то время как он занимает меньше времени (около 1 часа), если увлажнитель подключен. Как только температура ниже чем 0 ° C, капли начинают nucleate.
    7. Подсчитать количество капель, которые заморожены для каждой температуры (с интервалом 0,5 ° C), пока все, что совокупность капли замораживается.
  3. Испытания на сцепление льда
    1. Количественно силы, которые должны быть применены для отсоединения (отрыва) кусок льда с контактом управляемой области, которая была сформирована на каждом образце. Выполните эти тесты с помощью настройки, показано на рисунке 4 c.
    2. Вырежьте из политетрафторэтилена трубы с внутренним диаметром 10 мм в баллонах ~ 28 мм высоты, используя ножницы. Нажмите цилиндра против образца. Заполните его с 1,2 мл дистиллированной воды. Представить заполненные цилиндра в морозильной камере и подождите 1 час.
      Примечание: После того как вода полностью замороженные, образца с цилиндром твердо фиксированной на платформу, с помощью зацепом.
    3. Галстук цилиндров в цифровой датчик с помощью капроновая нить. Способ этот цилиндр связана с потоком и ориентацию цилиндра в отношении потока зависит какой тип (сдвиг или растяжение) адгезии находится в стадии оценки. Исправьте этот датчик для моторизованных испытательный стенд. Закройте морозильные камеры и ждать 600 s.
    4. Смещение датчика из образца с постоянной скоростью (10 ± 0,5) мм/мин.
      1. Настройте эту скорость вручную на панели управления моторизованных испытательного стенда. Щелкните значок программы, контролируя показания динамометра. Нажать кнопку начать записывать сил.
      2. Сразу же после перемещения динамометра вверх по поддержанию на нажатие нижней вертикальное смещение в пределах панели управления моторизованных стенд.
    5. Когда перемещение динамометра в отношении образца производит расширение потока и отделение льда от образца, нажмите на стоп и сохраните файл созданный данных.
      Примечание: Датчик контролирует силу с точки зрения времени. Зная скорость, в котором находится динамометра перемещенных (10 мм/мин), определить силу с точки зрения перемещения. Это служит для определения силы разрыв (максимальное сохранение силы) и прочность сцепления на единицу площади.
    6. Оцените сдвига адгезии, когда тянуть покинуть осуществляется сбоку. Сила в этом случае параллельно применяется к области контактов (см. рис. 4b). Для этой цели исправьте образца вертикально и подключить основание цилиндра в поток, с помощью металлических кольца. Потяните кольцо на индикаторе образца от поверхности путем сдвига перемещение.
      Примечание: Испытания на растяжение сцепление вычисляет силу пик и работу необходимо отсоединить кусок льда с поверхности, когда оно вытянуло вертикально.
    7. В этом случае просверлите два маленьких отверстия в стенке цилиндра, которые служат для соединения цилиндра к датчику. Затем потяните его по вертикали до тех пор, пока лед окончательно отделяется от поверхности.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 5показаны свойства смачивания и шероховатости поверхностей SH, использовавшиеся в этом исследовании. Среднее количество отскоков, измеренная для каждого образца отображается в Рисунок 5a и средняя шероховатость показано на рисунке 5b. Нет никакой корреляции между шероховатости и увлажнения свойства. Количество отскоков, измеренных для образца с покрытием из политетрафторэтилена соглашается...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В этой статье мы демонстрируем стратегии производить водоотталкивающей поверхности алюминиевых поверхностей. Кроме того мы показываем методы характеризовать их свойства смачивания, шероховатости, долговечность и производительность антиобледенения.

Для подготовки поверхностей SH, мы использовали две стратегии. Первая стратегия включены надлежащие шероховатости степени для достижения внутренней иерархическую структуру SH поверхностей путем травления кислотой. Этот процесс особенно важна, которые...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

У нас есть ничего не разглашать.

Благодарности

Это исследование было поддержано проекты: MAT2014-60615-R и MAT2017-82182-R, финансируемых состояние исследований агентства (SRA) и Европейского фонда регионального развития (ЕФРР).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Соляная кислота, 37%SICAL, S.A.AC07411000используется для кислотного травления
1H,1H,2H,2H-перфтордецилтриэтоксисилан, 97%Sigma-Aldrich658758используется для силанизации с FAS-17
Dupont AF1600Dupont D10389631используется для осаждения фторполимеров
FC-723M, Fluorinet1100-2-93используется для осаждения фторполимеров (фторуглеродный растворитель)
Гептагидрат хлорида церия(III), 99,9%Sigma-Aldrich228931используется для нанесения покрытия Ceria
Раствор перекиси водорода, 30%Sigma-AldrichH1009используется для нанесения покрытия Ceria
Стеариновая кислота, ≥ 98,5%Sigma-AldrichS4751используется для нанесения покрытия Ceria Ethanol
SICAL, S.A.16271используется во всей
компании AcetoneSICAL, S.A.1090использовано повсюду
Алюминиевые листы 0,5 ммMODULOR (Германия)125993подложки используются через
концентрированный чистящий раствор Micro-90Sigma-AldrichZ281506
Ультра чистая вода Milli-Q Milliporeпрекращеноиспользование повсюду
Плазменное травление/Ашер/Очиститель EMITECH K1050XAnameK1500XDEV-001б/у
через PCC программное обеспечениеAMETEKснято с производствапрограммного обеспечения для управления высокоскоростной камерой Phantom MIRO 4
Высокоскоростная камера Phantom Miro 4AMETEKснятас производства использовалась для экспериментов с прыгающей каплей
Open Loop PLµ 2.32UPC-CD6 & Sensofar Tech S.L.версия 2.32Sofware для управления PLµ Профилограф конфокальной визуализации
Plµ-Confocal Imaging Profiler 2300Sensofar Tech S.L.снятос производства используется для измерения шероховатости
TABER 5750 ЛИНЕЙНЫЙ АБРАЗИВTABER5750используется для испытаний на боковое истирание
Абразивный песок: ASTM 20-30 SAND C778U.S. SILICA COMPANY (1-800-635-7263используется для испытаний на абразивный удар
Озоновый очиститель: PSDP-UV4T, цифровая система УФ-озонаNovascamпрекращентест
на разложение УФ-озонаПеристалитный насос GILSON 312, ФранцияGILSON (Франция)производствадля испытания на капание воды
Нейлоновая нитьЛеска Dracon, Izorline internacional, inc. (США)снят с производствадля испытаний на адгезию при гололеде
Цифровой силометр (ZTA-200N, серия ZTAIMADA (США)370199используется для испытаний на адгезию при гололеде
Моторизованный испытательный стенд I, MH2-500N-FAIMADA (США)366942используется для испытаний на адгезию
льда Регистратор силы ProfessionalIMADA (США)версия 1.0.2программное обеспечение предоставлено IMADA для регистрации усилия
HYGROCLIP XD - СТАНДАРТНЫЙ ЩУПRotronicснят с производстваДатчик температуры и влажности
HW3 Lite программное обеспечениеRotronicверсия 2.1.2Программное обеспечение для управления зондом HYGROCLIP
США) снят с

Ссылки

  1. Fang, G., Amirfazli, A. Understanding the anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces. Surface Innovations. 2 (2), 94-102 (2014).
  2. Wang, N., et al. Robust superhydrophobic coating and the anti-icing properties of its lubricants-infused-composite surface under condensing condition. New Journal of Chemistry. 41 (4), 1846-1853 (2017).
  3. Jung, S., et al. Are superhydrophobic surfaces best for icephobicity? Langmuir. 27 (6), 3059-3066 (2011).
  4. Milionis, A., Loth, E., Bayer, I. S. Recent advances in the mechanical durability of superhydrophobic materials. Advances in Colloid and Interface Science. 229, 57-79 (2016).
  5. Li, X. -M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces. Chemical Society Reviews. 36 (8), 1350-1368 (2007).
  6. Sun, M., et al. Artificial Lotus Leaf by Nanocasting. Langmuir. 21 (19), 8978-8981 (2005).
  7. Darmanin, T., Guittard, F. Superhydrophobic and superoleophobic properties in nature. Materials Today. 18 (5), 273-285 (2015).
  8. Marmur, A. Soft contact: Measurement and interpretation of contact angles. Soft Matter. 2 (1), 12-17 (2006).
  9. Li, W., Amirfazli, A. Hierarchical structures for natural superhydrophobic surfaces. Soft Matter. 4 (3), 462-466 (2008).
  10. Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodríguez-Criado, J. C., Cabrerizo-Vílchez, M., Rodríguez-Valverde, M. A., Guerrero-Vacas, G. Towards super-nonstick aluminized steel surfaces. Progress in Organic Coatings. 109, 135-143 (2017).
  11. Yuan, Z., et al. Fabrication of superhydrophobic surface with hierarchical multi-scale structure on copper foil. Surface and Coatings Technology. 254, 151-156 (2014).
  12. Varshney, P., Mohapatra, S. S., Kumar, A. Superhydrophobic coatings for aluminium surfaces synthesized by chemical etching process. International Journal of Smart and Nano Materials. 7 (4), 248-264 (2016).
  13. Ruiz-Cabello, F. J. M., et al. Testing the performance of superhydrophobic aluminum surfaces. Journal of Colloid and Interface Science. 508, 129-136 (2017).
  14. Mahadik, S. A., et al. Superhydrophobic silica coating by dip coating method. Applied Surface Science. 277, 67-72 (2013).
  15. Xu, L., Karunakaran, R. G., Guo, J., Yang, S. Transparent, superhydrophobic surfaces from one-step spin coating of hydrophobic nanoparticles. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (2), 1118-1125 (2012).
  16. Montes Ruiz-Cabello, F. J., Amirfazli, A., Cabrerizo-Vilchez, M., Rodriguez-Valverde, M. A. Fabrication of water-repellent surfaces on galvanized steel. RSC Advances. 6 (76), 71970-71976 (2016).
  17. Li, L., Breedveld, V., Hess, D. W. Creation of superhydrophobic stainless steel surfaces by acid treatments and hydrophobic film deposition. ACS Applied Materials & Interfaces. 4 (9), 4549-4556 (2012).
  18. Wang, N., Xiong, D., Deng, Y., Shi, Y., Wang, K. Mechanically robust superhydrophobic steel surface with anti-icing, UV-durability, and corrosion resistance properties. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (11), 6260-6272 (2015).
  19. Azimi, G., Kwon, H. -M., Varanasi, K. K. Superhydrophobic surfaces by laser ablation of rare-earth oxide ceramics. MRS Communications. 4 (3), 95-99 (2014).
  20. Liang, J., Hu, Y., Fan, Y., Chen, H. Formation of superhydrophobic cerium oxide surfaces on aluminum substrate and its corrosion resistance properties. Surface and Interface Analysis. 45 (8), 1211-1216 (2013).
  21. Azimi, G., Dhiman, R., Kwon, H. -M., Paxson, A. T., Varanasi, K. K. Hydrophobicity of rare-earth oxide ceramics. Nature Materials. 12, 315(2013).
  22. Ruan, M., et al. Preparation and anti-icing behavior of superhydrophobic surfaces on aluminum alloy substrates. Langmuir. 29 (27), 8482-8491 (2013).
  23. Yin, L., et al. In situ investigation of ice formation on surfaces with representative wettability. Applied Surface Science. 256 (22), 6764-6769 (2010).
  24. Boinovich, L., Emelyanenko, A. M., Korolev, V. V., Pashinin, A. S. Effect of wettability on sessile drop freezing: when superhydrophobicity stimulates an extreme freezing delay. Langmuir. 30 (6), 1659-1668 (2014).
  25. Antonini, C., Innocenti, M., Horn, T., Marengo, M., Amirfazli, A. Understanding the effect of superhydrophobic coatings on energy reduction in anti-icing systems. Cold Regions Science and Technology. 67 (1-2), 58-67 (2011).
  26. Chen, J., et al. Superhydrophobic surfaces cannot reduce ice adhesion. Applied Physics Letters. 101 (11), 111603(2012).
  27. Adam, S., Barada, K. N., Alexander, D., Mool, C. G., Eric, L. Linear abrasion of a titanium superhydrophobic surface prepared by ultrafast laser microtexturing. Journal of Micromechanics and Microengineering. 23 (11), 115012(2013).
  28. Li, X. -W., et al. Low-cost and large-scale fabrication of a superhydrophobic 5052 aluminum alloy surface with enhanced corrosion resistance. RSC Advances. 5 (38), 29639-29646 (2015).
  29. Meuler, A. J., et al. Relationships between water wettability and ice adhesion. ACS Applied Materials & Interfaces. 2 (11), 3100-3110 (2010).
  30. Boinovich, L. B., et al. Combination of functional nanoengineering and nanosecond laser texturing for design of superhydrophobic aluminum alloy with exceptional mechanical and chemical properties. ACS Nano. 11 (10), 10113-10123 (2017).
  31. Wan, B., et al. Superhydrophobic ceria on aluminum and its corrosion resistance. Surface and Interface Analysis. 48 (3), 173-178 (2016).
  32. Gómez-Lopera, J. F., Martínez-Aroza, J., Rodríguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vílchez, M. A., Montes-Ruíz-Cabello, F. J. Entropic image segmentation of sessile drops over patterned acetate. Mathematics and Computers in Simulation. 118, 239-247 (2015).
  33. Gao, L., McCarthy, T. J. Teflon is hydrophilic. comments on definitions of hydrophobic, shear versus tensile hydrophobicity, and wettability characterization. Langmuir. 24 (17), 9183-9188 (2008).
  34. Ruiz-Cabello, F. J. M., Rodriguez-Valverde, M. A., Cabrerizo-Vilchez, M. A new method for evaluating the most stable contact angle using tilting plate experiments. Soft Matter. 7 (21), 10457-10461 (2011).
  35. Pierce, E., Carmona, F. J., Amirfazli, A. Understanding of sliding and contact angle results in tilted plate experiments. Colloids Surfaces A. 323 (1-3), 73-82 (2008).
  36. Ye, H., Zhu, L., Li, W., Liu, H., Chen, H. Simple spray deposition of a water-based superhydrophobic coating with high stability for flexible applications. Journal of Materials Chemistry. 5 (20), 9882-9890 (2017).
  37. Rolland, J. P., Van Dam, R. M., Schorzman, D. A., Quake, S. R., DeSimone, J. M. Solvent-resistant photocurable "liquid Teflon" for microfluidic device fabrication. Journal of the American Chemical Society. 126 (8), 2322-2323 (2004).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Кислотное травлениесиланизацияосаждение фторполимераслой церияпленка стеариновой кислотыэксперимент с отскакивающей каплейконфокальная микроскопиятест на удар частиц
Изготовление металлических Superhydrophobic поверхностей антиобледенения приложений
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.