2022年7月3日我院2020级硕士研究生白超云的研究论文“A rapid two-step method for fabrication of superhydrophobic-superoleophobic nickel/copper alloy coating with self-cleaning and anticorrosion properties”被胶体与表面化学类SCI期刊《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and EngineeringAspects》接收(中科院2区,IF=5.518)。白超云为论文第一作者,胡传波副教授为论文第一通讯作者、李廷真教授为论文共同通讯作者。本研究获得国家自然科学基金(51773173)、重庆市自然科学基金(cstc2021jcyj-msxmX1139)、重庆市教委科学技术研究项目(KJQN201901228,KJQN202001234)及材料腐蚀与防护四川省重点实验室开放基金(2021CL15)的资助。
论文连接:https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129635
超疏水/油表面一般表现为水/油接触角大于150°,水/油滑动角小于10°。实现超疏水表面的超疏油性,使超疏水表面不仅能排斥水滴,还能排斥油滴,在复杂油水环境中将有更广泛的应用。本研究通过控制镍铜离子在电化学沉积过程中粒子的生成速度,在黄铜基体上制备了具有层状微纳米结构的镍/铜合金(Ni/Cu alloy,NCA)镀层。随后对NCA表面进行氟化改性,使制备的PFDS/NCA涂层(PNCA)不仅具有超疏水/油性能,同时还具有优异的防污和耐腐蚀性。
图1超疏水-超疏油性PNCA涂层的制备示意图
研究发现,Ni、Cu粒子共沉积在黄铜表面构造了具有丛林状的分层微纳米结构。测试发现,最优样品PNCA-2的水接触角为163°,油接触角为155°,且滚动角均小于10°。
图2PNCA涂层表面水(油)滴的光学图像(a),水/油接触角和滚动角(b);PNCA-2涂层的SEM图像(c)
自清洁实验发现,倾斜状态下PNCA-2涂层表面的污染物随着水/油滴的流动而聚集,15 s内易被清洗干净,且PNCA-2涂层在水平状态下也具有收集污染物的能力。此外,PNCA-2在3.5wt% NaCl溶液中浸泡3天后,腐蚀保护效率高达91.73%,表现出良好的防腐性能。
图3 PNCA-2涂层在倾斜状态(a)和水平状态(b)下的自清洁过程
综上所述,我们采用电化学共沉积和化学修饰相结合的方法在黄铜基体上制备了一种具有层状微纳米粗糙结构的多功能PNCA超疏水-超疏油涂层。最优样品在经过多次机械损伤试验后仍能保持其超双疏性能,且PNCA-2涂层还表现出优异的化学稳定性、耐腐蚀性和自清洁性,可覆盖酸性和碱性环境。对于这种在金属基体上构筑的合金超浸润镀件,将其加工后应用于原油回收或海洋石油运输行业具有潜在的应用前景。