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超疏水表面具有特殊的微纳结构,能够有效捕获空气,使水滴在表面接触角大于150°,滚动接触角小于10°。超疏水表面能为基材表面提供一层阻隔水汽的屏障,在防腐蚀领域有着重要的应用。然而,这些微纳结构又是脆弱的,尤其在面对物理机械破坏(如冲击、刮擦等)时往往会首当其冲遭到破坏,导致超疏水性能的破坏,丧失防护屏障。
因此赋予超疏水涂层自愈合性能,使其在受到破坏后能恢复超疏水性能,是提高超疏水耐久性的一个有效方法,也具有很重要的现实应用价值。
基于此,北京科技大学的Hongchang Qian(第一作者)等人提供了一种思路,利用苯并三氮唑(BTA)和环氧树脂类形状记忆材料(SMP)通过模板复型法,制备了一种可自修复的耐腐蚀超疏水涂层。这种涂层在受到冲击、刀划后,表面形貌被破坏,在60℃下处理20min或在室外环境太阳光照1小时,均能实现超疏水的自修复。BTA是一种传统的金属防锈剂,它的加入进一步提高了涂层的防腐蚀性能,可以应用在金属防腐等领域。
破坏前后涂层疏水性能的变化
以下是涂层的扫面电镜照片。经过冲击破坏后的表面形貌变化较大,静态接触角(CA)和滚动接触角(SA)都变差。涂层经刀划破坏后,被破坏处的滚动接触角明显变大,但静态接触角变化较小,因为划痕之外的表面形貌无明显变化。经60℃热处理20min后,涂层表面的微凸起恢复,裂缝闭合,使得CA与SA均回复到初始状态。
图1.(a)超疏水涂层被破坏前;(b)涂层受到冲击破坏后;(d)刀划后的涂层;(c,e)分别对应冲击与刀划在愈合后的涂层表面。右上角的插图是涂层表面对应状态下的水低接触状态。
图2.水滴在倾斜的超疏水涂层表面的滚动情况:(a)超疏水涂层未被破坏前;(b)涂层受到冲击破坏后,水滴在破坏处被粘附;(c)刀划后的涂层,水滴在破坏处被粘附;(d)愈合后的表面。
涂层的耐腐蚀性能
图3.将超疏水涂层涂在贴片表面,经刀划破坏后放在3.5 wt%的NaCl溶液浸泡15天后的变化:(b1)不含BTA的涂层;(b2)BTA含量为1%;(b3)BTA含量为3%;(b4)BTA含量为5%。(c)涂层中的BTA在划痕破坏处的抗腐蚀作用示意图。
图4.超疏水涂层被刀划后,愈合后放在3.5 wt%的NaCl溶液浸泡15天后的变化:(b1)不含BTA的涂层;(b2)BTA含量为1%;(b3)BTA含量为3%;(b4)BTA含量为5%。(c)涂层中的BTA在划痕愈合后的抗腐蚀作用示意图。
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