【摘 要】
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超疏水表面是指水接触角大于150°且滚动角小于10°的表面,近年来,由于超疏水表面具有优异的自清洁性以及防冰防腐等性能,受到人们的广泛关注。铝作为自然界中分布最广泛的金属,在各个领域都有着广泛的应用,制备铝基超疏水表面具有深远的意义与很高的实际应用价值。目前所制备的超疏水表面由于机械稳定性与耐久性差而难以实现实际应用,且部分制备超疏水表面的方法对设备的要求较高,制备过程较为复杂。本研究采用简单的电
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（项目批准号:51671050）；
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超疏水表面是指水接触角大于150°且滚动角小于10°的表面,近年来,由于超疏水表面具有优异的自清洁性以及防冰防腐等性能,受到人们的广泛关注。铝作为自然界中分布最广泛的金属,在各个领域都有着广泛的应用,制备铝基超疏水表面具有深远的意义与很高的实际应用价值。目前所制备的超疏水表面由于机械稳定性与耐久性差而难以实现实际应用,且部分制备超疏水表面的方法对设备的要求较高,制备过程较为复杂。本研究采用简单的电沉积方法在铝基体材料表面制出微纳米分级结构的石墨烯/镍粗糙表面。经过低表面能修饰后,制备出具有优异的机械稳定性与耐久性的超疏水表面。获得如下研究结果:（1）采用电沉积的方法,在电流密度为20mA/cm2、沉积时间为10 min、温度为室温的优化工艺条件下,成功制备出具有微纳米分级结构的石墨烯/镍复合层,其中石墨烯提供微米级凸起,沉积的镍形成针状纳米凸起结构;复合层经过0.1 mol/L的十四酸乙醇溶液中30 min的低表面能修饰后,所制备的超疏水层的CA为155°、SA为3°,该结构表面的水滴与气体的接触面积高达84.5%,且具有表面自清洁性能,经表面污物清洁后其表面润湿性不受影响;（2）石墨烯的添加能够明显增加电沉积表面的粗糙度,优化条件下制备的石墨烯/镍复合超疏水表面的粗糙度为15.3±0.8μm,经过40次砂纸循环磨损实验后,其CA为154°、SA为5°,所制备的超疏水表面具有优异的机械稳定性和良好的耐久性;（3）采用优化工艺条件下制备的石墨烯/镍微纳米分级超疏水表面在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃四个温度条件下都表现出良好的疏/防冰性能,与光滑的未经超疏水层沉积的普通铝片相比,在四个低温条件下,其表面覆冰量随滴水时间增加不明显,即使在-20℃条件下,其覆冰量仍然很小,其延缓结冰效果最佳;（4）超疏水表面的覆冰量受到滴水高度的影响,当温度为-5℃,滴水高度过高超过11 cm时,超疏水表面的覆冰量会显著增加,同时该临界高度随着温度的降低而降低,但相同条件下,超疏水表面的覆冰量仍然低于普通光滑铝片表面的覆冰量;具有微/纳米分级结构的超疏水表面能够通过促进水滴从表面快速滚落以及延缓水滴在表面的结冰时间两种途径实现表面有效的疏/防冰性能。
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