超疏水铝基表面的构建、结构及防覆冰和抗腐蚀行为研究

针对铝及其合金在高湿度环境中容易腐蚀、在低温等极端气候条件下表面容易结冰结霜等问题，借鉴自然界生物的智能防护原理，依据金属材料智能防护的发展动向，本课题拟通过沸水处理构筑具有一定粗糙度及微结构的铝基表面，然后用本课题组提出的室温酯化法等方法将端羧基聚苯乙烯等聚合物链接枝到铝基表面使其表面疏水化，从而构建具有优异防覆冰和耐腐蚀特性且长效稳定的超疏水铝基表面。通过调控铝基表面的微结构和组成，探索表面微结构和组成对材料的润湿性能、进而对防覆冰和耐腐蚀性能的影响规律，明确超疏水铝基表面的微结构、组成与材料的防覆冰和耐腐蚀性能之间的内在关系，揭示依靠超疏水材料本身的表面特性来减少和防止冰霜凝结、同时提高耐腐蚀性能的物理化学机制，从而为金属材料、特别是铝及其合金的仿生智能防护提供理论依据，并为用环境友好、廉价节能和简单实用的方法开发新型具有优异防覆冰霜和耐腐蚀特性的铝基纳米界面奠定基础。

针对铝及其合金在高湿度环境中容易腐蚀、在低温等极端气候条件下表面容易结冰结霜等问题，借鉴自然界生物的智能防护原理，本项目通过简单、环境友好、廉价节能的沸水处理+无氟烃基长链接枝法，在铝及其合金上成功构建得到稳定、耐久的超疏水表面。详细探讨了材料表面微结构和组成对材料润湿性能、防粘附自清洁、防覆冰、防结霜和耐腐蚀性能的影响规律，得出亲水表面的粗糙度越大、其表面接触角越小；疏水表面的粗糙度越大、其表面接触角越大、并且随着接触角的增大，材料的防粘附性能、防覆冰、防结霜和耐腐蚀性能逐渐提高这一结论。探明了铝基超疏水表面的微结构、组成与材料的润湿性、防覆冰霜及耐腐蚀性能之间的内在关系，发现材料表面的微/纳复合结构和接枝的疏水物质共同赋予铝及其合金具有超疏水特性，而超疏水特性进一步赋予材料具有优异的防粘附自清洁、抑制覆冰霜凝结和耐腐蚀性能。进而揭示出超疏水铝及其合金能够抑制冰霜凝结和提高耐腐蚀性能的物理化学机制：铝基超疏水表面的复合粗糙结构捕捉了大量的空气，由于这种“气垫”结构的存在，使得水、水汽及腐蚀性介质难以靠近铝及其合金表面，因而在铝基超疏水表面，水不易凝固、水汽很难凝华、腐蚀介质难以与铝材表面接触，因而导致冰晶形成、长大及腐蚀反应发生的几率显著降低，从而使超疏水铝及其合金表现出优异的防冰霜和耐腐蚀性能。这为金属材料、特别是铝及其合金的仿生智能防护提供了理论依据，并为用环境友好、廉价节能和简单实用的方法开发新型具有优异防覆冰霜和耐腐蚀特性的铝材奠定了基础。