铝合金表面超疏水功能涂层的研究进展
摘要：铝合金超疏水功能涂层的研究在改善材料耐腐蚀、防覆冰、自清洁方面具有重要的意义。介绍了超疏水理论的基本原理，论述了铝合金表面超疏水功能涂层的制备方法，着重讨论了电化学方法（包含电化学沉积、电化学取代以及电化学阳极氧化技术）、化学刻蚀、溶胶凝胶、化学气相沉积。这些制备方法都可获得铝合金表面的超疏水性能，接触角均可达到 150°以上，滚动角可达10°以下。介绍了铝合金超疏水涂层在现实生产生活应用中的研究进展以及发展展望。
0 前言
铝合金因其良好的物理、化学性能，在船舶、电力、航空、交通、通讯、生物和医药等领域中得到了广泛应用。然而，铝合金存在易发生腐蚀、在过冷环境中表面极易产生覆冰等问题，严重影响材料的使用性能，由于铝及铝合金材料的广泛运用，寻求有效的方法来防止其腐蚀和覆冰是非常重要的。超疏水表面由于其强大的疏水特性使得水分子难以渗入超疏水表面内部，因而具有优异的自清洁、耐腐蚀、防覆冰等性能，可使腐蚀和覆冰等现象延缓发生。因此，如果能够通过简单经济的方法在铝合金表面构建超疏水功能涂层，那必将有效改善铝合金的性能，对提高铝合金的耐腐蚀性能和防覆冰性能等具有十分重要的现实意义。目前已有许多方法可用于制备超疏水功能涂层：电镀法、物理气相沉积(PVD)、脉冲激光沉积(PLD)、水热合成法、聚合物相转化、逐层自组装技术、溶液浸泡工艺、溶胶凝胶法、化学蚀刻、旋涂、原电池反应、静电纺丝、升华等，然而，部分具有某些限制，例如繁琐的条件，复杂的多步骤处理，特殊设备和差的耐久性等，这将减少它们大规模运用的可能性。此外，并非所有产品都能够达到极高的接触角(160–170°）。因此，选择合适的超疏水功能涂层制备方法是十分重要的。
1 超疏水理论的基本原理
超疏水性是指表面排斥水的固有特性，是属于润湿性的一种特殊情况，超疏水涂层表面显示出大于150°的水接触角（WCA）和小于10°的滑动角（SA）。润湿性是指液滴( 通常为水滴) 在固体材料表面的铺展性，润湿性以接触角作为衡量标准，其数值大小直接反应材料表面的润湿状态。在润湿性理论研究方面，Young 最早建立了 Young 氏模型，认为材料表面是光滑的，液滴在光滑材料表面的接触角是固定的，接触角是由表面自由能决定的。然而用 Young 氏模型得到的液滴在该固体材料表面接触角 仅为 119．05°，远未达到超疏水状态。
对于实际材料表面来说，绝对光滑的材料表面是不存在的，材料表面实际上都是粗糙的，而粗糙度对润湿性有一定的影响，因此为了定量描述粗糙表面的润 湿性，Wenzel和Cassie等修改了Young氏模型。在Wenzel模型中，Wenzel认为液滴完全填满粗糙表面的凹槽，从而使实际的固液接触面积小于固液接触的 投影面积，Wenzel模型下的接触角和材料表面粗糙结构之间的关系如下：
cos theta;W = rcos theta;0
式中: theta;0为表面的接触角( Young氏接触角) ; theta;W为表观接触角( Wenzel接触角) ，r为粗糙度因子。对疏水性材料而言( 90° ＜ theta;0 ＜ 180° ) ，此时 theta;W 会随着 r 的增加而增大，说明提高疏水材料表面粗糙度能够使材料表面更加疏水，表明提高材料表面的粗糙度是使材料表面达到超疏水水平的重要因素。
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