徐文驥，宋金龍，劉 新，孫 晶，陸 遙

(大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，大連116024，E-mail:wenjixu@dlut.edu.cn)

大面積超疏水鋁表面的電化學(xué)加工

徐文驥，宋金龍，劉 新，孫 晶，陸 遙

(大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，大連116024，E-mail:wenjixu@dlut.edu.cn)

為解決大面積超疏水表面加工難的問題，提出采用移動(dòng)式陰極電化學(xué)加工技術(shù)和氟化處理方法來加工大面積超疏水鋁表面，并使用掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)和接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)鋁表面的形貌、化學(xué)成分和疏水性進(jìn)行了研究.結(jié)果表明：采用小面積移動(dòng)式陰極制備大面積超疏水鋁表面是可行的;當(dāng)采用NaCl電解液時(shí)，在較優(yōu)單位面積去除量不變的情況下，單位面積去除速度對(duì)鋁表面的疏水性幾乎無影響，這有利于實(shí)現(xiàn)超疏水表面的高效加工;加工后的鋁表面獲得超疏水性的關(guān)鍵在于表面存在合適的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能涂層.

電化學(xué)加工;大面積;超疏水;移動(dòng)式陰極

超疏水表面是指水滴在其上的接觸角超過150°的表面，按照滾動(dòng)角的大小又可分為低黏附性超疏水表面(滾動(dòng)角＜10°)和高黏附性超疏水表面(無滾動(dòng)角，樣品翻轉(zhuǎn)180°后水滴仍可黏附在其表面).近年來，研究人員不斷開拓超疏水表面的應(yīng)用領(lǐng)域，并發(fā)現(xiàn)仿荷葉的低黏附性超疏水表面在抗結(jié)冰結(jié)霜［1-3］、耐腐蝕［4-7］、減阻［8-9］、自清潔［10-11］、油水分離［12-13］、微型水上運(yùn)輸器［14］、血液相容［15］等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，而仿壁虎的高黏附性超疏水表面則可用于昂貴液體的無損轉(zhuǎn)移［16］.

金屬基體超疏水表面的制備主要是通過構(gòu)建合適的粗糙結(jié)構(gòu)和降低表面能兩步法實(shí)現(xiàn)［17］.目前，已有多種方法可以制備出金屬基體超疏水表面，如陽極氧化法［18］、化學(xué)刻蝕法［19-20］、物理化學(xué)氣相沉積法［21］、激光刻蝕法［22］、模板法［23］等，但這些方法大多只適合于小面積超疏水表面的制備，很難用于制備大面積超疏水表面.如:物理化學(xué)氣相沉積法受加工腔室的限制，無法制備出大面積超疏水表面;激光刻蝕法加工大面積超疏水表面則需要昂貴的設(shè)備成本和加工成本;陽極氧化法需要使用硫酸、磷酸、草酸等酸性電解液，實(shí)現(xiàn)大面積超疏水表面加工的難點(diǎn)在于需要很大的電源容量及電解液流量，而采用大容量電源及大型整體陰極，很難保證加工區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)、流場(chǎng)均勻性以及熱量的及時(shí)排除;化學(xué)刻蝕法需要使用大量的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性液體，反應(yīng)劇烈不易控制，加工環(huán)境惡劣，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，刻蝕液會(huì)發(fā)生損耗并需要不斷補(bǔ)充;采用硅氧烷橡膠和環(huán)氧樹脂兩種材料做的模板能將荷葉的微觀形貌復(fù)制到鋁表面，但制備大面積超疏水鋁表面時(shí)需要大面積的模板或一定數(shù)量的小面積模板，由于模板需單獨(dú)制作且不可重復(fù)使用，因此，成本較高且效率較低.

在前期的研究中，本文作者已成功采用中性電解液電化學(xué)法制備出超疏水鋁表面，并發(fā)現(xiàn)采用NaCl電解液的較優(yōu)制備條件為:電流密度20 mA/cm2，加工時(shí)間2.5 h，單位面積去除量22.99 mg/cm2［24］;采用NaClO3電解液的較優(yōu)制備條件為:電流密度 500 mA/cm2，加工時(shí)間6 min，單位面積去除量 25.86 mg/cm2;采用NaNO3電解液的較優(yōu)制備條件為:電流密度27.8 mA/cm2，加工時(shí)間60 min，單位面積去除量13.08 mg/cm2［25］.

根據(jù)法拉第定律，陽極表面金屬去除量為

m=ηKIt， (1)

式中:m為陽極溶解物質(zhì)的質(zhì)量，g;η為電流效率;K為被電解物質(zhì)的質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量，g/(A·h);I為電化學(xué)加工電流，A;t為電化學(xué)加工時(shí)間，h.由式(1)可以得出，在去除量不變的情況下，增加電流密度可以有效地減小加工時(shí)間.本文將研究電解液分別為NaCl、NaClO3、NaNO3時(shí)，較優(yōu)單位面積去除量不變條件下的單位面積去除速度對(duì)鋁表面的超疏水性的影響，找出高去除速度對(duì)超疏水性無影響的電解液，并聯(lián)合移動(dòng)式陰極實(shí)現(xiàn)大面積超疏水鋁表面的安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效加工.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

鋁板(純度＞99%，厚2 mm，大連鋁材廠);紫銅(厚1 mm，沈陽興盛銅加工廠);氟硅烷(德國(guó)，Degussa公司);其他實(shí)驗(yàn)藥品均為分析純(天津科密歐化學(xué)試劑有限公司).

1.2 小面積超疏水鋁表面的制備

圖1為制備小面積超疏水鋁表面的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖.實(shí)驗(yàn)前，將鋁板切割成40 mm×30 mm的長(zhǎng)方形，用1500#水磨砂紙打磨以去除鋁表面的氧化層.對(duì)打磨后的鋁表面依次使用無水乙醇、去離子水超聲波振蕩清洗1 min，吹干.以鋁板為陽極(實(shí)際加工尺寸為30 mm×30 mm，多余部分起裝夾和導(dǎo)電作用)，相同尺寸的銅板為陰極，分別在0.1 mol/L NaCl水溶液、0.2 mol/L NaClO3水溶液、0.15 mol/L NaNO3水溶液中進(jìn)行電化學(xué)加工，加工間距為30 mm.加工完成后將鋁板用去離子水超聲波振蕩清洗5 min，吹干后將其放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%氟硅烷乙醇溶液中，在室溫下浸泡45 min～3 h后取出，放入烘箱中在80℃下烘15 min，取出后冷卻到室溫就可得到超疏水鋁表面.

圖1 小面積超疏水鋁表面的制備實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.3 大面積超疏水鋁表面的制備

圖2為采用移動(dòng)式陰極制備大面積超疏水鋁表面的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖和數(shù)碼照片.該裝置主要由電源、電解液循環(huán)系統(tǒng)、進(jìn)給控制系統(tǒng)組成，其中陰極的進(jìn)給主要是通過步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn).

圖2 大面積超疏水鋁表面的制備實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(a)和數(shù)碼照片(b)

大面積鋁板的加工區(qū)域?yàn)?20 mm×90 mm，陰極銅板的有效尺寸為 30 mm×30 mm，如圖3(a)所示.圖3(b)為陰極銅板的運(yùn)動(dòng)軌跡，即陽極鋁板表面各個(gè)部位的加工次序，當(dāng)工具陰極在工件表面掃過時(shí)，正對(duì)著工具陰極的工件表面部分的金屬就會(huì)發(fā)生電化學(xué)溶解，隨著陰極的掃描，工件表面被逐漸腐蝕.加工過程中使用的電解液循環(huán)系統(tǒng)可保證陰陽極之間的電解液充盈，同時(shí)具有一定的壓力和流速以帶走反應(yīng)過程中的生成物和熱量.鋁板經(jīng)電化學(xué)加工后，用去離子水多次沖洗，吹干后即可獲得超親水表面，再經(jīng)氟化處理即可獲得大面積超疏水鋁表面.

圖3 陽極鋁板和陰極銅板的數(shù)碼照片

1.4 表征

借助掃描電子顯微鏡(JEOL JSM-6360LV，Japan)觀察試樣的表面形貌.借助掃描電鏡自帶的電子能譜儀(EDS)分析試樣表面成分.借助光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x(krüss，DSA100，German)測(cè)量水滴在試樣表面的接觸角，測(cè)量時(shí)水滴體積為5 μL;當(dāng)測(cè)量超疏水表面的接觸角時(shí)，以試樣表面5個(gè)不同位置處測(cè)量值的平均值作為檢測(cè)數(shù)據(jù).通過傾斜樣品臺(tái)，以試樣表面水滴發(fā)生滾動(dòng)時(shí)的臨界角度作為水滴在該表面上的滾動(dòng)角.

2 結(jié)果與分析

2.1 較優(yōu)單位面積去除量不變時(shí)單位面積去除速度對(duì)超疏水性的影響

由于NaCl電解液為線性電解液［26］，因此，式(1)中的電流效率(η)幾乎不會(huì)隨電流密度的變化而改變，而陽極材料不變時(shí)，質(zhì)量電化學(xué)當(dāng)量(K)也不會(huì)發(fā)生改變.因此，根據(jù)式(1)，在不改變較優(yōu)單位面積去除量的情況下，可以通過提高電流密度的方法來減小加工時(shí)間.表1為采用NaCl電解液、較優(yōu)單位面積去除量不變時(shí)，單位面積去除速度對(duì)鋁表面疏水性的影響.由表1可知，在較優(yōu)的單位面積去除量下，鋁表面的疏水性幾乎不隨單位面積去除速度的變化而改變，這是由于當(dāng)鋁表面的單位面積去除量為21.34～22.99 mg/cm2時(shí)，通過增大電流密度、減小加工時(shí)間的方法獲得的鋁表面均存在類似的由微米級(jí)凹坑、凸臺(tái)和納米級(jí)的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)、顆粒所組成的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)，如圖4所示，此二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)類似于荷葉表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)，對(duì)表面超疏水性的產(chǎn)生起到關(guān)鍵作用.

表1 較優(yōu)單位面積去除量不變時(shí)鋁表面的疏水性隨單位面積去除速度的變化(NaCl電解液)

圖4 采用NaCl電解液時(shí)的樣品表面形貌和水滴在其上的照片

NaClO3電解液為非線性電解液［26］，當(dāng)電流密度不同時(shí)，電流效率η會(huì)發(fā)生改變，但通過表2可知，當(dāng)電流密度為100～500 mA/cm2時(shí)，電流效率幾乎不會(huì)發(fā)生改變，因此，可以通過增加電流密度同時(shí)減小加工時(shí)間的辦法來保證較優(yōu)單位面積去除量不變.表2表明，當(dāng)較優(yōu)單位面積去除量為25.83 mg/cm2左右時(shí)，接觸角隨單位面積去除速度的增加而增加，同時(shí)滾動(dòng)角隨單位面積去除速度的增加而減小，這說明超疏水性隨單位面積去除速度的增加而變好.

表2 較優(yōu)單位面積去除量不變時(shí)鋁表面的疏水性隨單位面積去除速度的變化(NaClO3電解液)

圖5(a)是在電流密度為100 mA/cm2、加工時(shí)間為30min和單位面積去除速度為0.86 mg/(min·cm2)的條件下，獲得的鋁表面的掃描電鏡照片，可以看到，鋁表面腐蝕得很不均勻，表面存在大量不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)之間存在很深的溝槽.圖5(b)是這些塊狀結(jié)構(gòu)的高倍掃描電鏡照片，可以看到，表面出現(xiàn)了裂縫狀腐蝕結(jié)構(gòu)，但數(shù)量較少且深度較淺.圖5(c)是溝槽結(jié)構(gòu)的高倍掃描電鏡照片，溝槽內(nèi)部出現(xiàn)了類似于圖4中的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu).與原始表面相比，該表面存在一定的粗糙結(jié)構(gòu)，因此，疏水性有所提高，但由于粗糙結(jié)構(gòu)的不均勻分布導(dǎo)致滾動(dòng)角較高，達(dá)15°，致使表面未獲得低黏附的超疏水性.

圖5(d)～(f)是在電流密度為300 mA/cm2、加工時(shí)間為 10 min和單位面積去除速度為2.58 mg/(min·cm2)的條件下，獲得的鋁表面的掃描電鏡照片，可以看到，表面塊狀結(jié)構(gòu)變小且上面溝槽數(shù)量變多、深度變深，表面粗糙結(jié)構(gòu)的均勻性有一定的提高，因此，接觸角達(dá)157.5°，滾動(dòng)角減小至 8°，獲得了超疏水性.當(dāng)電流密度為500 mA/cm2、加工時(shí)間為6 min和單位面積去除速度為4.31 mg/(min·cm2)時(shí)，鋁表面獲得了均勻分布的粗糙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也是由微米級(jí)的凹坑、凸臺(tái)和納米級(jí)的臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)，如圖5(g)～(i)所示.

圖5 采用NaClO3電解液時(shí)的樣品表面形貌和水滴在其上的照片

NaNO3電解液與NaClO3電解液相似，也為非線性電解液［26］，從表3中可見，當(dāng)電流密度從27.8 mA/cm2增加到500 mA/cm2時(shí)，電流效率有所降低但變化不大，因此，同樣可以通過增加電流密度同時(shí)減小加工時(shí)間的方法來保證較優(yōu)單位面積去除量不變.從表3中還可知，鋁表面的疏水性隨單位面積去除速度的變化而改變很大.當(dāng)電流密度為27.8 mA/cm2、加工時(shí)間為60 min和單位面積去除速度為0.22 mg/(min·cm2)時(shí)，鋁表面分布著微米級(jí)的分形粗糙結(jié)構(gòu)和圓坑結(jié)構(gòu)，分形粗糙結(jié)構(gòu)中存在納米級(jí)的乳突狀結(jié)構(gòu)，而圓坑結(jié)構(gòu)中存在納米級(jí)的顆粒狀結(jié)構(gòu)，如圖6(a)～(c)所示.因此，該表面存在類似荷葉表面微細(xì)結(jié)構(gòu)的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)，經(jīng)氟化處理后達(dá)到超疏水性，對(duì)水的接觸角達(dá)166.0°，滾動(dòng)角為1.5°.

圖6(d)～(f)是在電流密度為333.3 mA/cm2、加工時(shí)間為 5 min和單位面積去除速度為2.24 mg/(min·cm2)時(shí)獲得的鋁表面的掃描電鏡照片，可以看到，此時(shí)的鋁表面上存在尺寸差別很大的塊狀結(jié)構(gòu)，這些塊狀結(jié)構(gòu)的尺寸是微米級(jí)的，但表面很光滑，不存在納米級(jí)的粗糙結(jié)構(gòu)，因此，氟化處理后不顯超疏水性，接觸角僅為147.5°，且滾動(dòng)角高達(dá)37°.當(dāng)單位面積去除速度進(jìn)一步增加到3.66 mg/(min·cm2)時(shí)，鋁表面塊狀結(jié)構(gòu)的尺寸變得較均勻，約為2.5 μm，但塊狀結(jié)構(gòu)表面仍比較光滑，不存在納米級(jí)結(jié)構(gòu)，因此，仍沒達(dá)到超疏水性.

由此可見，當(dāng)采用NaNO3電解液時(shí)，在較優(yōu)單位面積去除量不變的情況下，無法通過提高單位面積去除速度的方法來高效率地制備超疏水鋁表面.

表3 較優(yōu)單位面積去除量不變時(shí)鋁表面的疏水性隨單位面積去除速度的變化(采用NaNO3電解液)

以上研究表明，當(dāng)采用NaCl電解液或NaClO3電解液制備超疏水鋁表面時(shí)，可以通過提高電流密度的方法來減小加工時(shí)間，提高加工效率.但由于NaClO3電解液具有強(qiáng)氧化性，且價(jià)格約為NaCl的5倍，因此，在考慮安全、經(jīng)濟(jì)、高效的情況下，可采用NaCl電解液來制備大面積超疏水鋁表面.

2.2 鋁表面超疏水性形成的原因分析

多晶鋁內(nèi)部存在晶界和位錯(cuò)［27-28］，前者的尺度為微米級(jí)，后者的尺度為納米級(jí).由于晶界的成分和排列的獨(dú)特性，使其更容易發(fā)生優(yōu)先陽極溶解，形成晶界優(yōu)先腐蝕.表1～3中的電流效率η均大于1，主要是由于產(chǎn)生晶界腐蝕，在晶粒邊緣先電解，流動(dòng)的電解液把發(fā)生晶界腐蝕的晶粒成塊沖刷脫落下來造成的［26］.類似地，由于能量較高，位錯(cuò)也有利于電化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)先進(jìn)行而形成凹坑，特別是露頭等特殊部位.因此，在采用中性電解液加工獲得的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)就是由外加電場(chǎng)作用下晶界位錯(cuò)發(fā)生優(yōu)先腐蝕造成的.

圖6 采用NaNO3為電解液時(shí)的樣品表面形貌和水滴在其上的照片

圖7為電化學(xué)加工后的鋁表面在氟化處理前和氟化處理后的EDS譜圖.由圖7可見，氟化處理前表面僅存在鋁元素，但在氟化處理后表面同時(shí)存在Al、C、O、F、Si的5種元素.這是由于氟硅烷在鋁表面自組裝氟硅烷分子層造成的［29-30］.由于氟硅烷的分子長(zhǎng)鏈上具有1個(gè)-CF3基團(tuán)(表面能為6.7 mJ/m2)和5個(gè)-CF2基團(tuán)(表面能為18 mJ/m2)，因而具有極低的表面能.

因此，在表面二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能涂層的共同作用下，使得水滴滴到這種表面上時(shí)不能完全與固體表面接觸，而是一部分與固體表面接觸，另一部分與這種結(jié)構(gòu)捕獲的空氣相接觸，這種接觸方式會(huì)導(dǎo)致高接觸角和低滾動(dòng)角的產(chǎn)生，即獲得超疏水性.

2.3 移動(dòng)式陰極制備大面積超疏水鋁表面

表4為移動(dòng)式陰極制備大面積超疏水鋁表面的主要加工參數(shù)，由于所使用電源的最大電流只能達(dá)到5 A，為了使電流密度取整數(shù)，故實(shí)際采用4.5 A的恒流下加工，此時(shí)的電流密度為500 mA/cm2.由于采用NaCl電解液，當(dāng)電流密度為500 mA/cm2時(shí)，加工30 mm×30 mm面積需要6 min(如表1所示)，因此，加工面積為120 mm× 90 mm的鋁表面就需要72 min的加工時(shí)間.事實(shí)上，由2.1可知，如果電源輸出的電流足夠大，就能在更短的時(shí)間內(nèi)加工出大面積超疏水鋁表面.

圖7 鋁表面的EDS譜圖

表4 移動(dòng)式陰極制備大面積超疏水鋁表面的主要加工參數(shù)

圖8(a)是陰極夾具的數(shù)碼照片，為了防止左右擋板底部將加工后的表面破壞，通過塞尺保證鋁板表面和左右擋板底部之間的間隙為1 mm，因此，加工過程中少量的電解液也會(huì)從左右擋板底部的縫隙中流出，從而產(chǎn)生擴(kuò)散腐蝕，使得左右腐蝕區(qū)域的寬度在36 mm左右;同樣，在電解液進(jìn)口和出口處，由于電解液流場(chǎng)分布較廣導(dǎo)致電力線分布較廣，因此，同樣在擴(kuò)散腐蝕的影響下，鋁表面上下腐蝕區(qū)域較廣且遠(yuǎn)大于陰極銅板的尺寸(30 mm)，且隨著極間間距的增加，所能達(dá)到的擴(kuò)散腐蝕范圍越大，如圖8(b)～(d)所示.這使得在實(shí)際加工時(shí)，陽極鋁板上與陰極銅板正對(duì)著的區(qū)域的電流密度小于500 mA/cm2，但同時(shí)又處于陰極加工其他部位時(shí)所產(chǎn)生的擴(kuò)散腐蝕區(qū)域內(nèi)，因此，當(dāng)鋁板表面12個(gè)部位加工完成后，每個(gè)部位的單位面積去除量不會(huì)改變，且還能保證每個(gè)部位之間搭接處的均勻性，從而使整個(gè)表面都比較均勻.

圖8 陰極夾具的數(shù)碼照片(a)和陰極不動(dòng)時(shí)鋁板表面的腐蝕形貌(b)～(d)

圖9是在不同極間間隙下獲得的大面積超疏水鋁表面的數(shù)碼照片和水滴在其上的接觸角隨加工間隙的變化，圖中的接觸角為隨機(jī)在樣品表面取5點(diǎn)處得到的接觸角的平均值.由圖9可見，當(dāng)極間間隙位于6～21 mm時(shí)，鋁表面都能獲得比較均勻的粗糙結(jié)構(gòu)，且加工間隙對(duì)超疏水性影響較小，接觸角位于164.0°～167.2°，滾動(dòng)角均不大于2°.圖10為水滴在超疏水鋁表面上的數(shù)碼照片，可以看出水滴在表面上呈完美的球形.

圖9 不同加工間隙下得到的大面積超疏水鋁表面的數(shù)碼照片(a)和接觸角隨加工間隙的變化(b)

本文還對(duì)所得樣品整個(gè)表面的疏水性進(jìn)行了研究，圖11為接觸角在大面積超疏水鋁表面上的分布圖，圖中數(shù)字表示接觸角數(shù)值.從圖11可以看到整個(gè)鋁表面的疏水性較一致，水滴在其上的接觸角位于163.5°～167.3°，陰極銅板移動(dòng)軌跡的搭接處和非搭接處的疏水性無區(qū)別.根據(jù)文獻(xiàn)［24］可知，當(dāng)采用NaCl電解液加工超疏水鋁表面且單位面積去除量位于22.99 mg/cm2左右或大于22.99 mg/cm2時(shí)，疏水性幾乎不會(huì)發(fā)生變化，即本方法的加工條件不苛刻，對(duì)參數(shù)要求并不嚴(yán)格.所以在采用間歇式的移動(dòng)軌跡時(shí)，軌跡的搭接處和非搭接處即使腐蝕的有一點(diǎn)區(qū)別，也不會(huì)影響該處的疏水性.

圖10 水滴在超疏水鋁表面上的數(shù)碼照片

3 結(jié)論

1)成功采用小面積的移動(dòng)式陰極制備出大面積的超疏水鋁表面，由于NaCl電解液具有無毒、廉價(jià)易購(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，因此，移動(dòng)式陰極電化學(xué)加工大面積超疏水鋁表面具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效的優(yōu)點(diǎn)，這有助于超疏水鋁表面的實(shí)際應(yīng)用.

圖11 接觸角在大面積超疏水鋁表面上的分布圖

2)當(dāng)采用NaCl電解液時(shí)，在較優(yōu)單位面積去除量不變的條件下，超疏水性不隨單位面積去除速度的變化而改變;而當(dāng)采用NaClO3水溶液為電解液時(shí)，在單位面積去除量不變的情況下，單位面積去除速度越高所得到的超疏水性越好.

3)通過掃描電子顯微鏡和EDS能譜儀分析了鋁表面獲得超疏水性的原因，認(rèn)為合適的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能氟硅烷分子層的存在是獲得超疏水性的關(guān)鍵.

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Electrochemical machining of large-area superhydrophobic Al surfaces

XU Wen-ji，SONG Jin-long，LIU Xin，SUN Jing，LU Yao
(School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China，E-mail:wenjixu@dlut.edu.cn)

For solving the difficulties of fabricating large-area superhydrophobic aluminum(Al)surfaces，an electrochemical machining technology with a small-area moving cathode and fluorination method were proposed.With scanning electron microscope(SEM)，energy dispersive spectroscopy(EDS)，and optical contact angle meter，the microstructures，compositions，and hydrophobicity of the samples were analyzed.The results show that it is feasible to fabricate the large-area superhydrophobic Al surfaces with the small-area moving cathode.When neutral NaCl electrolyte is used，the effect of the removal rate on the hydrophobicity of the Al surfaces at a constant removal mass per unit area is small，which is conductive to the high-efficiency machining of the superhydrophobic surfaces.The combination of the suitable binary micro-nano-meter scale rough structures and the low surface energy coating is responsible for the superhydrophobicity of the resultant Al surfaces.

electrochemical machining;large area;superhydrophobic;moving cathode

TG66 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-0299(2012)02-0052-09

2011-11-24.

國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(90923022).

徐文驥(1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

(編輯 呂雪梅)