邢敏，雷西萍，關(guān)曉琳，宋月英，周亞麗

（1.西安建筑科技大學(xué) a.材料科學(xué)與工程學(xué)院 b.陜西省納米材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，西安710055；2.西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730070）

鋁是地殼中含量最多的金屬元素，具有高比強(qiáng)、低密度、良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能及良好的加工性等優(yōu)點(diǎn)[1]，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、機(jī)械制造、建筑、電子器件和汽車工業(yè)等領(lǐng)域[2]。在大氣中，鋁及其合金的表面會形成一層非常薄的自然氧化膜，使其具有一定的耐腐蝕性能，然而這層氧化膜的厚度一般在5 nm 以下，雖然被破壞后可以自動修復(fù)，但是因為其厚度較薄，所以耐蝕性有限[3]。尤其是在Cl?存在的情況下，極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕與電偶腐蝕等腐蝕現(xiàn)象，極大程度地制約了鋁基材料的應(yīng)用[4]。截至目前，鋁及其合金一般采用表面鉻化處理[5]、稀土轉(zhuǎn)化膜[6]、電沉積[7]等防腐蝕方法，然而這些方法普遍存在污染環(huán)境與處理后的樣品耐腐蝕性有限等缺點(diǎn)。為此，研究人員提出了鋁基超疏水化這一有效方案，超疏水表面由于高的占空比，可以有效地阻隔腐蝕介質(zhì)與鋁基接觸，從而減少腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生[8]。

除了使低表面能材料表面粗糙化外，還可以通過在粗糙表面修飾低表面能物質(zhì)的方法，制備超疏水表面[9]。其中，微納米結(jié)構(gòu)在超疏水中起決定性的作用。目前，在鋁基表面構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)的主要方法有化學(xué)刻蝕[10]、電沉積[11]、溶膠凝膠[12]、飛秒激光[13]和陽極氧化[14]等。然而，這些制備方法普遍存在工藝復(fù)雜、污染環(huán)境、成本高、制備周期長等缺點(diǎn)，使得鋁基超疏水表面的應(yīng)用受到了限制。相比其他方法，陽極氧化法可以在鋁基表面制備均勻的納米結(jié)構(gòu)，并提高基材防腐性能，且該方法簡單、經(jīng)濟(jì)[15]。同時這種原位生長的方式賦予了微納米結(jié)構(gòu)與基體之間良好的結(jié)合力[16]。

此外，由于超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性差，限制了超疏水性表面在各個領(lǐng)域的應(yīng)用[17]。一些超疏水表面甚至對于手指接觸來說都是脆弱的[18]。盡管關(guān)于超疏水表面機(jī)械穩(wěn)定性的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但截止目前，距離廣泛的工業(yè)與商業(yè)應(yīng)用仍面臨著一系列的挑戰(zhàn)。因此，探討如何提高超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性具有重要的科學(xué)研究意義。目前，改善超疏水表面機(jī)械穩(wěn)定性的思路主要有3 種：一是賦予超疏水表面自修復(fù)性能；其次，構(gòu)筑微納米分級結(jié)構(gòu)或者在低表面能基材表面構(gòu)筑超疏水表面；三是制備柔性超疏水涂層[19]。由于自修復(fù)超疏水表面屬于后端提升材料耐久性[20]。而柔性涂層的結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為困難，且存在表面形貌不均勻等缺點(diǎn)[19]?；瘜W(xué)刻蝕法不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，操作方便，適用于低成本、大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，但同時帶來了環(huán)保壓力[21]。陽極氧化法工藝成熟，膜層均一規(guī)整，形貌可控，適于大面積有序微納米結(jié)構(gòu)的制備[22]。水熱法適合于多種金屬基底，形貌可控[23]。噴涂法操作簡單、成本低廉，易于擴(kuò)展到任何基體表面，適合大規(guī)模商業(yè)制備[22]。因此，選擇適宜的方法控制微納米分級結(jié)構(gòu)的形成，由尺寸較大的微米結(jié)構(gòu)保護(hù)覆蓋在其內(nèi)部的納米結(jié)構(gòu)，可減小外力對脆弱的納米結(jié)構(gòu)的破壞作用，從本質(zhì)上提高涂層耐久性的策略更具優(yōu)越性。

早在2009 年，Koch 等[24]便證明了微納米復(fù)合多級結(jié)構(gòu)具有比單一粗糙結(jié)構(gòu)更高的超疏水性能。近年的研究證明，微納米復(fù)合多級粗糙結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單一的微米級或納米級粗糙結(jié)構(gòu)[25-26]?；瘜W(xué)蝕刻是一種簡單、有效的用于構(gòu)造微米結(jié)構(gòu)的方法，陽極氧化可在微米結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，快速且可控地制備均勻的納米結(jié)構(gòu)。此外，通過陽極氧化產(chǎn)生的氧化鋁具有高硬度，可以像蝸牛、烏龜?shù)溶涹w動物的外殼一樣，有效地保護(hù)基材免受外部損害。

本文采用化學(xué)刻蝕結(jié)合陽極氧化方法構(gòu)筑微納結(jié)構(gòu)，再涂覆十八胺（octadecylamine，ODA）低表面能物質(zhì)，制備超疏水鋁表面，并對最終獲得的試樣的機(jī)械穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、防腐蝕性、防污性進(jìn)行探討。

1 實(shí)驗

1.1 原材料

實(shí)驗原材料包括：1060 型鋁合金（純度99.6%，厚度0.25 mm），清河縣創(chuàng)盈金屬材料有限公司；草酸，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；鹽酸，分析純，西安三浦精細(xì)化工廠；十八胺，分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；氯化鈉，分析純，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；無水乙醇，分析純，天津政成化學(xué)制品有限公司；自清潔效果評價中所用飲料溶液由作者自行配制，無固定濃度。

1.2 超疏水鋁表面的制備

將1060 型鋁合金裁剪成20 mm×30 mm×0.25 mm的鋁片，并置于燒杯中，先分別于乙醇與蒸餾水中超聲10 min，再將超聲后的鋁片置于干燥箱中于80 ℃下烘干。將上述樣品置于含有2 mol/L 的HCl 溶液中，80 ℃下刻蝕60 s，用去離子水洗滌烘干后，構(gòu)筑微米結(jié)構(gòu)鋁作為陽極，石墨為陰極，0.3 mol/L 的草酸溶液為刻蝕液，進(jìn)行陽極氧化（氧化電壓130 V，起始溫度1 ℃，氧化時間4.0 min），以進(jìn)一步構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)，刻蝕完畢后使用去離子水洗滌，置于80 ℃烘箱中烘干，獲得最終微納米分級結(jié)構(gòu)的鋁合金。陽極氧化過程中控制工作電極與石墨電極的間距為5 cm，控制鋁合金的電解面積為2 cm×2 cm。

在70 ℃的烘箱中，將上述樣品置于熔融的十八胺中進(jìn)行低表面能涂覆；90 min 后將樣品取出，置于70 ℃的熱乙醇溶液中涮洗，以去除表面多余的十八胺；隨后置于80 ℃烘箱中烘烤30 min，最終得到超疏水樣品。整個制備過程如圖1 所示。

圖1 超疏水鋁表面制備過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of superhydrophobic aluminum surface preparation process

1.3 表征與性能測試

1.3.1 結(jié)構(gòu)表征

采用接觸角測量儀（Theta Lite, Sweden Biolion Technology Co., Ltd, Sweden）表征樣品的潤濕性能，以5 μL 蒸餾水表征樣品表面的接觸角（CA）與滾動角（SA），每個樣品隨機(jī)選取5 個不同位置進(jìn)行測試，取其算術(shù)平均值作為最終數(shù)據(jù)。采用離子濺射儀在樣品表面噴金（真空度10 Pa，電流20 mA，時間6 min），賦予樣品導(dǎo)電性，將噴金后的樣品在掃描電子顯微鏡（FESEM, SU8010, Japan）下觀察其表面形貌、元素組成。采用X 射線光電子能譜儀（Krato axis ultra DLD, British KRATOS company）對樣品表面的化學(xué)成分進(jìn)行表征。室溫下，將裁剪為2 mm×3 mm 的樣品置于樣品臺，Al Kα（1486.6 eV）作為射線源，采用C1s（284.8 eV）進(jìn)行電荷校準(zhǔn)。

1.3.2 機(jī)械穩(wěn)定性測試

國民政府對抗戰(zhàn)時期小學(xué)教育的重視，在一定程度上引發(fā)了福建知識分子對小學(xué)教育的討論，他們紛紛著書立說，為戰(zhàn)時福建的小學(xué)教育建言獻(xiàn)策?？箲?zhàn)時期國統(tǒng)區(qū)出版了大量期刊、報紙，刊載了政府及民眾為挽救民族危亡所提出的政策和建議，福建出版的《抗戰(zhàn)與教育》《戰(zhàn)時小學(xué)教育》等期刊見證了知識分子為促進(jìn)戰(zhàn)時小學(xué)教育的發(fā)展所做出的努力。

1）線性耐磨測試。該裝置由200 g 的砝碼與粒度為360、800 目的砂紙組成。首先，將樣品表面放置于砂紙上，固定磨損面積為1.0 cm×2.0 cm，隨后將樣品在200 g 砝碼的負(fù)載下沿固定的方向磨損一定距離，每磨損10 cm 測量其接觸角與滾動角，評價磨損程度對其潤濕性能的影響。

2）抗沖擊性能測試。采用落砂實(shí)驗法測試超疏水表面的耐沖擊性能，實(shí)驗裝置見圖2。將一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砂（粒徑范圍0.08～2 mm）倒入LS 落砂筒中，砂沿著導(dǎo)管落下，直接沖擊在傾斜角為45°的樣品表面，研究不同質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)砂對樣品表面潤濕性的影響。

圖2 落砂實(shí)驗裝置圖Fig.2 Falling sand abrasion tester

1.3.3 防腐性能測試

將試樣置于3.5%NaCl 電解液中，保持樣品與電解液的接觸面積始終為1.0 cm×1.0 cm。采用電化學(xué)工作站（CHI660，Shanghai Chenhua Instrument Co.,Ltd, China）對表征樣品的腐蝕電流、腐蝕電位進(jìn)行測試，評價其防腐性能。其中，采用三電極系統(tǒng)為測試標(biāo)準(zhǔn)，即對電極為石墨電極，參比電極為甘汞電極。

1.3.4 化學(xué)穩(wěn)定性測試方法

將試樣分別置于pH=1.0 和4.0 的鹽酸溶液、pH=7.0 的NaCl 溶液、pH=11.0 和14.0 的NaOH 水溶液中24 h 取出后用去離子水潤洗表面，晾干后測試接觸角和滾動角。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌與化學(xué)成分分析

圖3 AAO 與AAO-ODA 表面形貌及其表面化學(xué)元素組成Fig.3 AAO and AAO-ODA surface morphology and surface chemical element composition: a) SEM and EDS of aluminum alloy after chemical etching; b) SEM and EDS of AAO-ODA; c) surface scanning pictures of each component of AAO-ODA

圖4 AAO 和AAO-ODA 的XPS 圖譜Fig.4 XPS spectra of AAO and AAO-ODA

2.2 機(jī)械穩(wěn)定性分析

線性耐磨測試結(jié)果如圖5a 所示。將樣品置于砂紙磨損0～200 cm 時，超疏水表面的接觸角變化較為穩(wěn)定，基本保持在150°以上。磨損200 cm 后，接觸角開始明顯下降，但磨損至300 cm，樣品表面的接觸角仍然高達(dá)152.49°，表明樣品具有良好的線性耐磨性能。為了便于對比，采用不同型號的砂紙對超疏水表面進(jìn)行線性耐磨性能測試，并與前人研究結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果如表1 所示。相較于大部分研究，本文所制備的超疏水表面的耐砂紙磨損距離更長，耐磨性能相對較好。當(dāng)砂紙磨損至400 cm 后，超疏水表面接觸角大幅度降低，由最開始的163.15°降為124.51°，下降了38.64°。砂紙磨損300 cm 后，滾動角由原先的6.5°增大至38.83°。當(dāng)磨損距離大于300 cm 后，液滴粘附在樣品表面，失去超疏水性能。

表1 線性耐磨結(jié)果對比Tab.1 Comparison of linear abrasion resistance results

為了進(jìn)一步表征鋁合金超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性，采用落砂法表征了樣品的耐沖擊性能，測試結(jié)果見圖5b。隨著標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量的增大，超疏水表面的接觸角不斷減小，經(jīng)過600 g 的標(biāo)準(zhǔn)砂沖擊超疏水表面后，樣品的接觸角仍然達(dá)到152.53°，表明該樣品具有良好的耐沖擊性能。目前大部分關(guān)于超疏水表面的表征落砂實(shí)驗高度普遍為30 cm，砂質(zhì)量僅為30～120 g，沖擊力較小[17,29]。而本文采用的落砂高度為150 cm，并且增大了砂質(zhì)量，使得超疏水表面受到的沖擊力大幅度提高。這表明相較于大部分研究，本實(shí)驗制備的超疏水表面的耐沖擊性能更好。滾動角也隨著砂子質(zhì)量的增加而不斷增大，經(jīng)過300 g 落砂實(shí)驗后，滾動角已經(jīng)達(dá)到51.17°，若再繼續(xù)增加砂子質(zhì)量，滾動角已完全達(dá)到粘附狀態(tài)而無法測量，說明落砂相比砂紙磨損對樣品滾動角的影響更大。

圖5 機(jī)械穩(wěn)定性測試結(jié)果Fig.5 Results of mechanical stability: a) results of linear abrasion resistance test; b) results of falling sand abrasion test

為了對比磨損和沖擊前后試樣表面是否發(fā)生變化，對AAO-ODA 的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察。由圖6a—c 的SEM 結(jié)果可知，無論經(jīng)受砂紙磨損還是落砂實(shí)驗，涂層表面微觀結(jié)構(gòu)均發(fā)生了較大變化，由原來的階梯-孔狀變成階梯消失，陣列坍塌，由規(guī)律的微納結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o規(guī)律結(jié)構(gòu)，但粗糙度依舊存在。對比圖6b、圖6c 發(fā)現(xiàn)，圖6b 中有明顯的線性方向，這與涂層受力方向相一致。而落砂沖擊力較砂紙磨損力更為集中，故圖6c 呈現(xiàn)出更多的平整區(qū)域。除此之外，表面潤濕性不僅來自于粗糙結(jié)構(gòu)表面，還與低表面能物質(zhì)存在與否有關(guān)。從圖6c 中的EDS 結(jié)果可知，無論是經(jīng)受砂紙磨損，還是落砂實(shí)驗，表面的C、N 元素的相對含量均有所下降，說明ODA 受到機(jī)械磨損后均有部分損失，但是還有殘留。對比EDS 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過砂紙磨損400 cm 后，各元素相對含量的下降程度比經(jīng)過500 g 落砂沖擊的嚴(yán)重，說明ODA 損失更加嚴(yán)重，接觸角下降明顯。而經(jīng)受500 g 落砂實(shí)驗后，涂層表面的超疏水性依舊保持較高的水平，對比其顯微結(jié)構(gòu)的結(jié)果可知，這主要來自于其表面粗糙結(jié)構(gòu)與殘存的ODA 共同作用的結(jié)果。

圖6 AAO-ODA 經(jīng)砂紙磨損和落砂實(shí)驗后的微觀形貌和EDS 測試結(jié)果Fig.6 AAO-ODA microscopic morphology and EDS test results after sandpaper abrasion and falling sand abrasion test: a) SEM photos before the sandpaper abrasions; b) SEM photos of the surface after the sandpaper abrasions of 400 cm; c) SEM photos and EDS results of the surface after impact of 500 g sand particles

2.3 防腐性能分析

利用電化學(xué)工作站在NaCl 電解液中測試了樣品的動電位極化曲線與Nyquist 圖、Bode 圖，以評價超疏水表面的防腐蝕性能。在動電位極化曲線中，腐蝕電位越大，耐腐蝕性越好；腐蝕電流密度越小，腐蝕速率越小[30]。從圖7a 中的動電位極化曲線可以看出，未經(jīng)處理的純鋁片的腐蝕電流密度和腐蝕電位分別為6.669×10?4A/cm2和?0.769 V?；瘜W(xué)刻蝕與陽極氧化處理后的表面，即AAO 的腐蝕密度和腐蝕電位分別為2.504×10?4A/cm2和?0.685 V。涂覆ODA 后的超疏水表面（AAO-ODA）的腐蝕電流密度和腐蝕電位與AAO 相似。與未經(jīng)處理的鋁片相比，鋁合金超疏水表面的腐蝕電流密度略有降低，腐蝕電位正移了0.084 V。由Nyquist 圖中阻抗弧可以看出，直徑大小代表了腐蝕過程中電荷轉(zhuǎn)移能力的大小，阻抗弧半徑越大，抗腐蝕性能越好[31]。因此，由圖7b 可知，樣品的防腐性能依次為：AAO-ODA>AAO>Al。此結(jié)果與動電位極化曲線結(jié)果相一致，有力地證明了AAO與超疏水表面有效地提高了鋁合金表面的防腐性能。由圖7c 中的Bode 圖（阻抗模量Z隨頻率變化）可知，AAO-ODA 的阻抗模量最高，其次是AAO，進(jìn)一步證實(shí)了鋁合金表面超疏水化為基材提供了良好的防腐保護(hù)。這是由于Al 表面陽極氧化產(chǎn)生的AAO 鈍化層延長了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路徑。另外，AAO 表面微納米粗糙結(jié)構(gòu)的形成，使結(jié)構(gòu)之間截留了大量的空氣，這種氣墊的存在進(jìn)一步減少了腐蝕介質(zhì)與基底的接觸面積，如圖7d 所示。同時，低表面能物質(zhì)ODA的存在使得其疏水性能進(jìn)一步得到提升，水滴將以最小的接觸面積與基底表面進(jìn)行接觸。因此，AAO 膜、氣墊和低表面能物質(zhì)ODA 三層防護(hù)作用共同減少了腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 化學(xué)穩(wěn)定性分析

目前，關(guān)于酸堿溶液中的化學(xué)穩(wěn)定性大部分研究僅是將不同pH 值的溶液作為測試液體滴落在試樣表面，表征其潤濕性，但這并不能很好地反映樣品的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，本文對超疏水表面在不同酸堿鹽環(huán)境中的潤濕性及其表面形貌進(jìn)行了表征。將鋁合金超疏水樣品浸泡在不同pH 值的溶液（采用HCl、NaCl和NaOH 調(diào)節(jié)溶液的pH 值）中24 h，取出沖洗干燥后，測量樣品表面的潤濕性能。測試結(jié)果如圖8 所示，樣品表面的接觸角隨著pH 值的增大而不斷增大，滾動角呈現(xiàn)先增大、后減小的趨勢，幾乎所有樣品的接觸角均在150°以上，表明試樣在不同pH 環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性良好。

圖8 鋁合金超疏水表面在不同pH 溶液中浸泡24 h 后的潤濕性Fig.8 Wettability of aluminum alloy superhydrophobic surface after immersion in different pH solution for 24 h

在酸性溶液中，由于低表面能物質(zhì)十八胺分子中氮原子具有未共享的電子對而具有堿性，易與酸中氫離子通過配位鍵結(jié)合，形成帶正電荷的胺離子[32]。因此，ODA 易與酸性溶液HCl 反應(yīng)生成鹽，進(jìn)而形成親水基團(tuán)銨鹽（式(1)），導(dǎo)致ODA 中原有的氨基無法與AAO 中的羥基形成氫鍵作用而脫離基底，親水性AAO 表面暴露在溶液中繼續(xù)與HCl 反應(yīng)（式(2)），進(jìn)一步導(dǎo)致微納米結(jié)構(gòu)的破壞，接觸角降低。

為了證明這一過程，采用SEM 分析其形貌的變化。結(jié)果如圖9 所示，當(dāng)pH≤7.0 時，腐蝕后的超疏水表面形態(tài)與原始超疏水表面的階梯-孔狀形貌大致類似。但當(dāng)pH 值低至1.0 時，階梯結(jié)構(gòu)的邊壁變薄，有序度遭到破壞，粗糙度增加。這可能是因為附著于表面的ODA 在強(qiáng)酸中與HCl 發(fā)生反應(yīng)而生成鹽，逐漸脫離基底，裸露出的親水性基底AAO 繼續(xù)與HCl反應(yīng)，微納結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致接觸角較侵蝕前有所下降（侵蝕前CA=163.15°、SA=6.5°），并且酸性越強(qiáng)，這種破壞作用越明顯，接觸角的降低程度越大，但這一過程較慢。這一現(xiàn)象可用上述反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行描述。

然而，將鋁合金超疏水表面浸入pH=10 的氫氧化鈉溶液后，其接觸角由最初的163.15°變?yōu)?63.09°，角度基本無變化，滾動角仍保持在較低值，即6.67°。同樣對其表面形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果如圖9d 所示。超疏水表面最初的階梯狀形貌被徹底破壞而轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，盡管微納米結(jié)構(gòu)已被徹底破壞，但是這種交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)仍可以與表面殘余的ODA 共同作用，維持鋁合金表面的超疏水性能。如圖9e 所示，堿浸泡后的樣品表面由原來的淺灰色轉(zhuǎn)變?yōu)榘咨?，說明表面成分與堿液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，這可能是由于浸泡前ODA 在鋁合金超疏水表面的含量較少，僅為1.15%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），隨著浸泡時間的延長，少部分ODA 從超疏水表面脫離，并擴(kuò)散到腐蝕介質(zhì)中，AAO暴露于堿性溶液中。眾所周知，AAO 是一種可與酸和堿反應(yīng)的兩性化合物，因此AAO 繼續(xù)與NaOH 反應(yīng)，并形成偏鋁酸鈉，使得堿性溶液較快擴(kuò)散，導(dǎo)致與AAO 的反應(yīng)程度增加。因此，初始的微納米結(jié)構(gòu)被破壞并形成新的結(jié)構(gòu)，但超疏水性能依舊能夠保持。

圖9 鋁合金超疏水表面在不同pH 溶液中浸泡24 h 后的FESEM 照片F(xiàn)ig.9 FESEM images of aluminum alloy superhydrophobic surface after immersion in different pH solutions for 24 h: e) physical photos of the sample after immersion

2.5 適用性效果評價

超疏水材料在各種環(huán)境中的普遍適用性對于其在實(shí)際生活中的應(yīng)用具有重要的意義。在日常生活中難免會遇到果汁、豆?jié){、咖啡等液體的侵蝕，使得鋁制雕塑、建筑幕墻等受到污染，影響美觀。另外，由于這些物質(zhì)具有一定的酸堿性，在一定程度上會導(dǎo)致鋁制品腐蝕。超疏水表面在一定程度上可以避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。因此，采用接觸角測量儀表征了綠茶、咖啡、果汁、豆?jié){、紅糖水、墨水、牛奶、蒸餾水8種不同的液體在樣品表面的潤濕性能，如圖10 所示。從圖10 中可以看出，這些液體在超疏水表面的接觸角均大于150°，表明該樣品具有一定的普遍適用性，可以有效防止各類常見液體的污染。對比發(fā)現(xiàn)，超疏水表面對上述各種液滴的接觸角大小排序為：果汁>蒸餾水>紅糖水>牛奶>墨水>綠茶>咖啡>豆?jié){。墨水、豆?jié){這種油性物質(zhì)的接觸角較小，這是由于超疏水表面涂覆的低表面能物質(zhì)十八胺中的親油性疏水碳鏈與其具有一定的相親性所致，故這種超疏水表面更適合在水性場合中使用。

圖10 不同液滴在鋁合金超疏水表面的潤濕性照片F(xiàn)ig.10 Wettability photos of various liquid drops on physical photos of the sample after immersion

3 結(jié)論

通過化學(xué)刻蝕結(jié)合陽極氧化法，構(gòu)筑了具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的鋁合金微納結(jié)構(gòu)，再通過簡單浸漬法涂覆十八胺獲得了超疏水表面，在經(jīng)歷砂紙磨損和落砂實(shí)驗后，接觸角依舊保持在150°以上，說明該表面具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。與純鋁相比，超疏水表面在中性鹽溶液中的腐蝕電位增加、腐蝕電流密度減小，說明該表面具有良好的防腐性能。不同pH 溶液中浸泡該超疏水表面，24 h 后接觸角均大于150°，說明其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。將其用于常見飲料的測試，發(fā)現(xiàn)該表面無論是對油性還是水性溶液均具有較好的隔離作用，自清潔效果良好。盡管本文制備的超疏水表面已經(jīng)有效地提高了超疏水表面的機(jī)械穩(wěn)定性，但機(jī)械穩(wěn)定性不具備統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，并且缺乏精確地定量研究。此外，對超疏水的多功能應(yīng)用的研究也相對較少。因此，制備一種機(jī)械穩(wěn)定性以及在外界環(huán)境中具有良好耐久性的超疏水材料仍然面臨著較多的問題。