Супергидрофобная и олеофобная микротекстурированная алюминиевая поверхность с длительным сроком службы в агрессивной среде.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1737 (2023) Цитировать эту статью

901 Доступ

1 Цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Супергидрофобные (SHP) и олеофобные алюминиевые поверхности были получены путем сочетания масштабируемого процесса химического микротекстурирования и функционализации поверхности длинноцепными полифторалкильными фрагментами. Влияние анодного слоя на микротекстурированную поверхность оценивалось с учетом морфологии поверхности, супергидрофобности, механических свойств поверхности и повышения защиты от коррозии. Функционализация поверхности полифторалкильными фрагментами решалась двумя различными способами: (i) прививкой полифторалкильных фрагментов и (ii) осаждением тонкого гибридного покрытия с низким содержанием полифторалкилсодержащего соединения. Были достигнуты алюминиевые поверхности, демонстрирующие высокую долговечность в среде солевого тумана, которые сохраняют SHP и олеофобные свойства как минимум до 2016 часов. Области применения такого типа поверхностей варьируются от легко очищаемых поверхностей до функций защиты от обледенения или конденсации, которые могут представлять интерес для нескольких секторов.

Алюминиевые сплавы широко используются в самых разных отраслях, включая строительство, автомобилестроение, судоходство, авиацию и бытовую технику, благодаря их превосходным свойствам, таким как превосходная высокая удельная прочность, замечательная электропроводность или относительно низкий удельный вес. В последние годы потребность в поверхностях с новыми свойствами, такими как самоочищение1 или защита от обледенения2,3, а также обладающих высокой коррозионной стойкостью4, послужила стимулом для исследований в области новых обработок поверхности, демонстрирующих супергидрофобность, т.е. угол контакта с водой (WCA) выше 150° с углы скольжения менее 5°5 и олеофобность, т. е. угол контакта более 90° с низкоэнергетическими жидкостями, такими как гексадекан.

Супергидрофобность поверхности определяется как ее составом, так и морфологией. Максимальный WCA гладких поверхностей с низкой межфазной энергией вряд ли может достигать 110–120°. Следовательно, для достижения супергидрофобности поверхность должна сочетать химические и морфологические характеристики, как это исследовали многие авторы5,6. Благодаря настройке специфической шероховатости поверхности (микронанотекстурирование) гидрофобность поверхности с низкой межфазной энергией может быть дополнительно увеличена (от состояния Кэсси-Бакстера до состояния Венцеля), что приводит к супергидрофобности. В литературе описаны различные методы регулирования шероховатости поверхности, такие как механическая обработка7, химическое травление8,9,10, электрохимическая обработка11, лазерное текстурирование12 или анодирование13. Однако реализация некоторых из них на промышленном уровне затруднена из-за относительно большого времени обработки и затрат или сложности обработки неплоских деталей или деталей сложной геометрии. Кроме того, применяемый метод может влиять на такие свойства материала, как механическая, долговечность или коррозионная стойкость.

Учитывая, что промышленность требует экономической эффективности и однородных свойств деталей сложной геометрии, несколько химических процессов, позволяющих крупномасштабное производство, считаются потенциально подходящими для производства супергидрофобных (SHP) и олеофобных алюминиевых деталей.

Среди публикаций, посвященных химически обработанным алюминиевым поверхностям ШП, лишь немногие изучают олеофобность10. Поверхности, отталкивающие как воду (гидрофобные), так и масло (олеофобные), называемые амфифобными, труднее обрабатывать, чем поверхности с чисто гидрофобными свойствами14. Например, Чой и др.15 получили SHP и олеофобные иерархические алюминиевые поверхности с различной морфологией, используя три различных типа процессов химического травления на щелочной основе. Карнейро и др.16 достигли SHP и олеофобных алюминиевых поверхностей посредством химического травления с последующим нанесением органически модифицированных силикатных покрытий, синтезированных золь-гель методами. Варшней и др.17 достигли алюминиевых поверхностей SHP с самоочищающимися и противотуманными свойствами посредством химического травления и пассивации лауриновой кислотой. Руан и др.18 получили различные алюминиевые поверхности SHP с противообледенительной функцией с помощью специальных методов электрохимического анодного окисления и химического травления, которые упрощают процедуры изготовления для получения поверхностей SHP. Бартвал и др.19 изготовили механически стабильный суперамфифобный алюминий, т.е. угол смачивания WCA и гексадекана (HCA) выше 150°, комбинируя простое химическое травление и анодирование с прививкой 1H,1H,2H,2H-перфтороктилтрихлорсилана (FAS13). Совсем недавно Кикучи и др.20 создали суперамфифобную (углы смачивания водой и додеканом более 150°) алюминиевую поверхность, сочетая методы электрохимического травления (в растворе соляной кислоты) и анодирования (в растворе пирофосфорной кислоты), демонстрируя высокие углы смачивания с различными скольжениями. углы в зависимости от времени анодирования.