涂层耐测定仪

p style=" text-indent: 2em " 在工业生产中，涂层最常起到抗腐蚀、抗热、抗氧化等功能。像海洋这种高盐高湿的恶劣环境，电化学腐蚀能在极短的时间内将钢铁船变成一块废铁，因此常采用阴极保护与防腐涂层结合的方法来保护船体及一些暴露在烟雾等腐蚀条件下的工件、设备或部分等。 /p p style=" text-indent: 2em " 但对于舰船燃气轮机等在高温环境下的部件来说，需要的涂层不仅要耐湿耐腐蚀，同时还要有优异的耐高温性能。最近，一种石墨烯“三防”涂层技术已在秦皇岛经济技术开发区研发成功，可应用于舰船燃气轮机、航空航天发动机高温部件保护以及舰船防盐雾及海生物腐蚀等，有力地填补了高温涂层技术应用在重盐雾地区的市场空白。 /p p style=" text-indent: 2em " 这种石墨烯“三防”涂层技术由远科秦皇岛节能环保科技开发有限公司历时3年多时间研发成功，相关涂层材料在南海、东海重盐雾地区的高温部件上挂件测试，通过6000小时连续工作验证，使原基材在不改变属性的情况下，增加3倍以上的使用寿命，经国家权威部门认定，该产品具有防霉菌、防盐雾腐蚀、抗高温氧化功效，完全可以满足高温条件下发动机热部件1500小时的应用，解决了我国在这一领域的技术难题。 /p p style=" text-indent: 2em " 据了解，这种石墨烯涂料主要是碳原子和稀土氧化物原子复合而成，这种复合性碳原子保护共性材料，使基础材料强度增强，形成了超保护薄膜，从而改变了隔热系数。 /p p style=" text-indent: 2em " 据远科秦皇岛节能环保科技开发有限公司总经理闫俊良透露，随着我国在石墨烯涂层技术上取得突破，它的应用领域会逐渐扩展，“三防”涂层技术除可应用于我国舰船燃气轮机、航空发动机领域外，还可在各种远洋运输船、游轮等民用船舶上使用。这种材料一旦得到应用，预计每年可为我国节省维护费用上百亿元，并使各类装备的使用寿命和强度大幅提升。 /p

记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所环境材料与生态化学研究发展中心硅基功能材料组与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发出了兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，能有效解决5G信号在降雨时的“雨衰效应”。相关研究论文近日发表于《自然通讯》。5G天线罩是5G基站的重要组成部分，用来保护天线系统免受外界复杂环境干扰，提高天线精度和使用寿命。但是，雨水会在5G天线罩表面形成水滴或水膜产生“雨衰效应”，即水的介电常数很高，会吸收、反射大量电磁波，导致5G信号严重衰减。“避免雨水在5G天线罩表面形成水滴或水膜是解决‘雨衰效应’的关键。”中国科学院兰州化学物理研究所环境材料与生态化学研究发展中心副主任、研究员张俊平介绍，仿生超疏液涂层（超疏水、超双疏涂层）具有液滴接触角高（大于150°）、滚动角低（小于10°）等特点，液滴易从表面滚落，在自清洁表面、抗液体黏附、防液体铺展等领域具有广阔的应用前景，有望用于5G天线罩表面，解决其“雨衰效应”。然而，采用仿生超疏液涂层解决5G天线罩“雨衰效应”尚需突破涂层不能同时具有优异的耐压性、机械稳定性及耐候性的技术瓶颈。张俊平团队与山东鑫纳超疏新材料有限公司合作，研发了一种兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的5G天线罩、雷达罩超疏液防雨衰涂层，该涂层能够避免雨滴在5G天线罩、雷达罩表面黏附，有效解决了其“雨衰效应”，并在全国多地5G天线罩、雷达罩上进行了实际应用。张俊平介绍，黏结剂的引入虽然能够提升涂层的机械稳定性，但也同时将低表面能纳米粒子包埋，导致涂层具有较高的表面能，进而使得涂层的超疏水性和耐压性较差。通过调研大量文献，并结合此前的研究经验，该团队对涂层进行了系统设计，成功制得兼具优异耐压性、机械稳定性和耐候性的仿生超疏液涂层。“首先，涂层的三级微/微/纳米结构以及致密的纳米结构，使其具有优异的耐压性。其次，涂层的近似各向同性结构及黏结剂的黏结作用，使其具有优异的机械稳定性。同时，我们选用具有化学惰性的原材料制备涂层，使其具有优异的耐候性。”张俊平说。此外，5G天线罩、雷达罩基材大多为ABS塑料。“这类基材具有较低的表面能，导致涂层与基材的黏结强度较弱。”张俊平说，团队通过对黏结剂的种类进行优化，筛选出与ABS等基材具有优异黏结强度的黏结剂来制备涂层，成功克服了涂层与ABS等基材黏结强度弱的缺陷。经过3年的研发、产业化和规模化应用，该涂层性能已取得大幅提升。张俊平告诉记者，未来，团队将探索更多仿生超疏液涂层的潜在应用领域，实现其在高压输电线路、桥梁、隧道防结冰，5G天线罩、雷达罩防雨衰，抗危化液体黏附，电子产品防水防油膜，自清洁市政工程等方面的工程化应用。

在低温条件下，室外设备的冻结已经成为一个严重的问题。特别是电路线、道路、飞机机翼、风力涡轮机等基础设施部件结冰对经济和生命安全造成了严重影响。铝(Al)及其合金具有重量轻、稳定性好、韧性高等优点，广泛应用于各个工业领域。然而，酸雨会腐蚀金属基底，冰雨会对铝结构造成严重的冰积。疏冰性被认为是通过保持基底表面尽可能无水和降低冰晶与基底之间的粘附力来延缓或减少冰在表面的积累。超疏水(SHP)表面由于其拒水和自清洁特性而具有疏冰性。Tan等通过水热反应在Al表面形成机械坚固的微纳结构，然后用十六烷基三甲氧基硅烷修饰形成SHP表面。其中水接触角(WCA)和滑动角(SA)采用光学接触角仪进行测量，水滴为10µ L。该SHP表面在酸性和碱性环境中都表现出令人印象深刻的疏水性，并表现出显著的自清洁和疏冰性能。图1. (a)裸铝、(b)铝表面微纳和(c)十六烷基三甲氧基硅烷改性SiO2微纳表面的WCA值。(d)不同酸碱溶液在SHP表面静置1min后的静态接触角。(e)在SHP表面静置30min后的水滴(红色1.0，透明7.0，黑色14.0，附有pH试纸)图片。(f)在不同溶液中浸泡30min后的耐酸碱性测试(左)和静态WCA(右):水(上)，0.1 M HCl(中)，0.1 M NaOH(下)涂层的润湿性主要受两个因素的影响:表面粗糙度和表面能，润湿性可以通过静态WCA可视化。裸铝(图1(a))、具有微纳米SiO2表面的氧化铝(图1(b))和SHP表面(图1(c))的WCA值分别为87°、134°和158°。WCA值的显著变化说明了微纳结构和十六烷基三甲氧基硅烷对SHP表面的重要性。同时，SHP表面的SA值小于5°。SHP表面也采用不锈钢和合金材料(Supplementary Movie 1)。根据Nakajima等人的报道，大的WCA和低的SA预计会导致液滴从表面滚落。图1(d)为pH 1.0 ~ 14.0溶液在SHP表面的静态WCA: WCA在148°~ 158°之间，当pH值接近7.0时，WCA值较大。图1(e)为SHP表面水滴形状(体积约60 μL, pH 1.0 ~ 14.0)。30分钟后形状没有变化。这显示出良好的耐酸性或碱性溶液。图1(f)进一步说明了SHP涂层的耐酸碱性能。左图为实验方法，右图为水(154°)、0.10 M HCl(142°)、0.10 M NaOH(143°)浸泡30 min后的WCA。这些结果表明，SHP涂层在各种酸性/碱性环境下都具有良好的性能。图2. 裸铝和SHP Al的WCA和SA在结冰状态下，进一步测量5次重复实验的WCA和SA，结果如图2所示。SHP表面的WCA约为154°，SA小于8°，而裸露Al表面的WCA约为85°，SA大于10°。因此，在SHP铝表面获得了良好的疏冰性。参考文献：[1] Tan, X., Wang, M., Tu, Y., Xiao, T., Alzuabi, S., Xiang, P., Chen, X., Icephobicity studies of superhydrophobic coating on aluminium[J]. Surface Engineering, 2020, 37(10), 1239–1245.