中国科学院研究团队实现金属表面超疏水性能显著提升
时间：2024-11-14 10:27
小编：小世评选
近年来，超疏水表面的研究在自清洁、防腐蚀、降低摩擦和防止冰霜等领域引起了广泛关注。金属表面的超疏水特性尤其重要，因为它可以有效延长金属材料的使用寿命，提升其性能。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的研究团队在这方面取得了显著进展，他们的研究成果已经在国际知名期刊《先进材料》上发表。
研究背景与意义
超疏水现象是自然界中常见的现象，荷叶表面的特殊结构使其水滴在接触时能够形成接触角超过150度的超疏水效果，保持表面清洁。这种现象的仿生设计为技术和材料科学的发展带来了广阔的前景。目前许多通过涂层实现的超疏水表面在腐蚀性环境中存在显著的脆弱性，长期使用会导致涂层失效，从而影响到超疏水性和耐用性。
金属表面的超疏水性能常常面临化学反应引起的表面能变化的挑战。这些变化会显著影响液体的滚动角，并可能导致超疏水效果的下降。因此，寻找一种能够稳定超疏水性能的有效方法，成为了科研人员长期以来的重要课题。
创新研究方法
针对这些挑战，中国科学院的杨建军团队提出了一种结合飞秒激光元素掺杂微纳结构（FLEM）和循环低温退火（RLA）的方法，成功构建了金属铝合金表面的仿生蚁穴状结构（BAT）。这一结构在微观尺度上具有独特的多级微纳结构特点，在捕获空气和降低材料表面自由能方面展现了出色的性能。
这种仿生结构的形成，不仅有助于增强金属表面的超疏水性，还提升了其在苛刻环境中的稳定性。实验数据显示，该金属样品在经历长达2000小时的腐蚀性盐水浸泡后，依然表现出了优良的超疏水性能，展现了其卓越的耐腐蚀和化学稳定性。
实验结果与应用前景
在进行强烈的电化学反应测试后，研究人员发现，处理过的样品的腐蚀电流降低到了10^-12 A/cm²，相较于未处理的样品降低了五个数量级，显示出其在防腐蚀方面的优越表现。这种超疏水金属表面在不同酸碱溶液的浸泡、紫外线辐射和冷冻循环等多种苛刻环境下也保持了良好的性能。
这些研究成果为金属表面的超疏水技术开启了新的发展方向，不仅为材料科学的研究提供了新的理论依据，也为实际应用奠定了技术基础。未来，超疏水金属表面可能会广泛应用于交通运输、建筑材料、医疗器械等领域，提高产品的耐用性和性能。
与展望
中国科学院研究团队通过创新技术成功推动了金属表面超疏水性能的研究进展，为解决长期以来困扰业界的问题提供了新的思路和方法。这一研究不仅丰富了材料科学的理论体系，更为实际应用开辟了新的可能性。随着技术的不断进步，未来在更多领域实现超疏水效果的金属材料，必将会给人们的生活带来更多便利和改进。
研究团队也表示，未来将继续致力于在这一领域开展深入研究，探索更广泛的应用场景，以推动超疏水材料的产业化进程，共创更加环保和可持续的未来。
