CuO超疏水表面的制备及分形评价.docVIP

  CuO 超疏水表面的制备及分形评价# 郭树虎，于志家** （大连理工大学化工学院，辽宁 大连 116024） 5 10 15 20 摘要：采用表面氧化法在紫铜上制备出氧化铜表面，经低表面能物质修饰后，氧化时间大于 30 分钟的表面呈现超疏水性。SEM 表征发现紫铜的氧化过程可以分为三个阶段。编制 MATLAB 程序，采用分形理论对氧化表面进行评价，发现该表面具有明显的分形特征。最后结合表面 接触角变化趋势，指出表面分层结构是实现其超疏水的决定因素，分形维数的增大能够有效 得提高其超疏水性能。 关键词：材料学；分形理论；超疏水；盒维数；接触角 中图分类号：TB383 Preparation of Superhydrophobic CuO Surfaces and Estimation by Fractal Theory GUO Shuhu, YU Zhijia (School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, LiaoNing DaLian 116024) Abstract: CuO surfaces were prepared by surface oxidation on copper, and superhydrophobicity was shown on the surfaces which were oxidized over 30 minutes and modified by material with low surface energy. Copper oxidation process can be divided into three stages by SEM characterization. Fractal theory was used to estimate the surfaces with the MATLAB program, and the results show that the surfaces have obvious fractal characteristics. Finally, combining the contact angle and fractal dimension trend, it is found that the surface hierarchy determines the superhydrophobicity and sub-fractal dimension increases to improve their superhydrophobicity. Keywords: materials science; fractal theory; superhydrophobicity; box dimension; contact angle 25 0 引言 超疏水表面是指与水的接触角大于 150°表面[1]，其在表面自清洁[2]、防雾[3]、防结霜[4]、 防腐蚀[5]、油水分离[6]以及微通道过程强化[7,8]等领域有着巨大的应用前景。然而，相比较于 众多的超疏水表面制备方案[9]，对于表面微结构的化学组成、几何形貌与表面润湿性的定量 30 35 40 研究还不够完善。正在迅速发展的分形理论，其研究对象主要集中于自然界中天然存在的一 些不光滑或不规则的形体表面[10]。在材料学领域内，存在着大量的具有分形特征的图像， 这些图像通常都携带着其内部的大量信息。当前，编程技术的快速发展，使其成为快速计算 图像分形维数的有力工具。对超疏水材料的分形维数进行快速计算和比较分析，可能会得到 一些材料制备过程的重要信息，反过来也有利于从理论和经验上指导和优化超疏水材料的制 备过程。 铜作为一种常用金属，在化学工业中被广泛应用：如冷凝、防腐等[11]。江雷课题组利 用有机物做溶剂，通过电化学方法在铜表面上制备出超疏水薄膜[12]；兰忠等[13]采用双氧水 刻蚀结合低表面能物质修饰的办法制备出紫铜基超疏水表面；王波等[14]利用低压氧化法实 现了紫铜表面的超疏水改性。但这些办法大都存在工艺复杂或成本较高的不足，从而限制了 其工业应用。本文采用一种表面氧化结合廉价低表面能物质修饰的办法，在紫铜基体上成功 基金项目：国家自然科学基金（NO；辽宁省自然科学基金（NO；大连理工大学大 学生创新性实验计划 作者简介：郭树虎，（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向为金属基超疏水表面。 通信联系人：于志家，（1956-），男，副教授，主要研究方向为超疏水表面的制备及应用。E-mail: yuzhijia@dlut.edu.cn -