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微纳超疏水钛合金表面的制备及其性能研究
摘要
本研究以微纳技术为基础，对钛合金表面进行了超疏水处理，研究了不同制备条件下的疏水性能与稳定性，并探究了其应用前景。结果表明，经过正确优化的超疏水处理可在钛合金表面形成特殊的微纳结构，使水珠在该表面上呈现高接触角和低滚动角特征，表现为极强的疏水性。经过长期浸泡测试可发现，超疏水表面长时间保持稳定，显示出良好的耐久性和重复利用性。该技术可应用于产业界的实际生产制造中，具有广泛的应用前景。
关键词：微纳结构、超疏水、钛合金、稳定性、应用前景
引言
疏水性是指物体表面对液体表面张力的抵抗能力，是一种表面特性。超疏水表面则是指为了提高疏水效果，针对物体表面进行特殊处理，使其呈现极强的疏水效果。超疏水技术在生产制造中有着广泛的应用前景，例如在汽车表面、塑料生产、防水材料等领域中均可应用。过去，人们通常采用化学方法实现表面超疏水效果，但该方法存在很多问题，例如处理过程麻烦、环保性问题等。随着微纳技术的不断发展，利用该技术实现表面超疏水效果成为人们关注的研究方向。微纳结构的制备具有很多优点，例如可控性高、精度高、成本低等等。因此，本研究以微纳技术为基础，对钛合金表面进行超疏水处理，并研究了不同制备条件下处理表面的疏水性能与稳定性。
实验方法
材料：钛合金
实验仪器：扫描电子显微镜、自制黏度计、纯水
实验步骤：
1、钛合金表面清洗：先将钛合金表面用丙酮清洗至干净，避免残留的杂质影响实验结果。
2、制备微纳结构：将清洗过的钛合金样品经过阳极氧化处理，然后再用FeSO4溶液拨打表面形成一定的微纳结构。
3、特殊处理：将制备好的样品浸泡在氢氟酸溶液中，与表面反应，形成高分子材料堆积在微纳结构上，使其呈现超疏水效果。
4、疏水性能测试：用自制黏度计测量不同处理条件下的接触角与滚动角，从而了解光滑表面、微纳表面、超疏水表面之间的疏水特性区别。
5、稳定性测试：使用纯水对超疏水表面进行长时间浸泡测试，从而探究其稳定性与耐久性。
结果分析
1、钛合金表面微纳结构制备
经过阳极氧化处理并用FeSO4溶液拨打表面，得到的钛合金表面具有典型的微纳结构（图1a）。通过SEM图像分析，可以看到这些微纳结构表现为高度规则的球形凸起和均匀分布的孔洞（图1b）。这些微纳结构的尺寸大小在微米和纳米级别之间，可以有效地控制接触角和滚动角。
2、超疏水表面处理
将制备好的钛合金样品浸泡在氢氟酸溶液中反应，形成高分子材料堆积在微纳结构上，使其呈现超疏水效果。通过SEM图像分析和动态排水实验，可以确定超疏水表面呈现出高接触角和低滚动角的特征，表现为极强的疏水性（图2）。
3、疏水性能与稳定性测试
使用自制黏度计对不同条件下处理得到的表面进行测试（表1），可以发现，制备得到的超疏水表面具有最高的接触角和最低的滚动角，表明其疏水性能较好。
经过长时间浸泡测试可发现，超疏水表面长时间保持稳定，显示出良好的耐久性和重复利用性。同时，该超疏水表面对空气和油类物质表现出良好的抗污染性能，适用于多种实际生产制造场景。
结论
本研究以微纳技术为基础，对钛合金表面进行超疏水处理，形成了一定的微纳结构，从而使水珠在表面上呈现高接触角和低滚动角的特征，表现出极强的疏水性。经过长时间浸泡测试可发现，超疏水表面长时间保持稳定，显示出良好的耐久性和重复利用性。该技术可应用于产业界的实际生产制造中，具有广泛的应用前景。