外加电场诱导晶界/位错优先蚀除法构建超疏水表面微/纳米结构基底的基础研究

金属基大面积超疏水表面在军事、通讯等重要场合极具应用价值，制约其发展的瓶颈是缺乏适合产业化的微/纳米结构基底制备方法。提出利用晶体晶界/位错的微纳米尺度特征及其比正常晶粒更易发生阳极溶解的特点，借助电场及化学溶液双重作用，诱导晶界/位错优先蚀除，制造可用作超疏水表面基底的多重阶层微纳米结构。在研究外加电场与晶界/位错及正常晶体之间的能量耦合规律的基础上，建立描述晶界/位错中电化学反应速度常数、去除速度和界面移动规律的反应动力学模型和描述主要工艺条件与加工质量之间关系的预测模型，揭示加工质量、加工效率与加工条件之间的内在联系。力争在利用晶体固有的晶界/位错特性构建、调控金属表面微/纳米结构的相关理论以及精确控制晶界/位错优先蚀除、精确控制显微蚀坑尺度与分布等关键技术上有所突破。对丰富微纳米结构加工理论与技术，促进超疏水表面特别是金属基体大面积超疏水表面的实际应用具有重要的科学意义和研究价值。

金属基体超疏水表面因具有自清洁等特性在很多重要场合极具应用价值，制约其发展的瓶颈是缺乏适合产业化的微纳米结构金属基底制备方法。本项目利用晶界/位错的微纳米尺度特征及其比正常晶粒更易发生阳极溶解的特点，提出并重点研究了借助电场及化学溶液的双重作用诱导晶界/位错优先蚀除，制造可用作超疏水表面基底的多重阶层微纳米结构的关键问题。项目系统地研究了基于电化学阳极溶解、电化学阳极氧化、电化学阴极沉积、化学腐蚀等不同原理的金属基体超疏水表面制备方法，主要研究进展有：1）建立了固定阴极式和扫描阴极（阳极）式金属基体超疏水表面制备试验装置，以及金属基体超疏水表面抗结冰结霜试验装置；2）研究了金属基体表面二元微纳米粗糙结构形成的基本规律，掌握了外加电场诱导晶界/位错优先蚀除法在大面积铝、钛等金属表面构建多重阶层微纳米粗糙结构的关键技术，形成了较为完整的工艺规范，证明了外加电场诱导晶界/位错优先蚀除法构建超疏水表面微/纳米结构基底的可行性和有效性，获得的加工条件温和、可重复性好；3）建立了可描述主要工艺条件与加工质量之间关系的预测模型，结合纯铝、铝合金、镁合金、铜合金、碳素钢、钛合金等典型金属材料表面上构建超疏水微/纳米结构的试验结果，研究了加工表面润湿性、加工效率与加工条件之间的内在联系，优化了加工条件，获得了典型金属材料性能参数及关键实验数据；4）为提高超疏水表面的机械性能，开展了基于刷镀技术的大面积超疏水表面基底制备方法研究，已获得与水的接触角为169.8°、滚动角为2.3°且与荷叶表面微观结构极为类似的超疏水表面；5）借助电化学加工和化学加工相结合的方法，实现了铝基体超双疏表面（同时具备超疏水和超疏油功能）的高效制备，大大提高了超疏水表面的抗油污污染能力；6）结合超疏水表面的疏水原理，研究了获得的超疏水表面的耐腐蚀和抗结冰结霜机制及特性。研究成果对丰富利用晶体固有的晶界/位错等特性构建、调控金属表面微/纳米结构的相关理论及技术，促进金属基体大型超疏水表面的实际应用具有重要意义。在ACS Applied Materials & Interfaces、机械工程学报等学术刊物上发表论文30余篇（SCI收录16篇，EI收录25篇）；申请国家发明专利10项；培养研究生9人（毕业3人）；项目的研究成果“表面微观形貌调控技术及应用”通过辽宁省科技厅鉴定，并获2012年辽宁省科技进步三等奖。