《表1 超疏水铜表面各种元素在磨损试验前后的含量 (质量分数, %)》

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《长效超疏水铜表面的构建及耐磨性和自清洁性能》

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耐磨性也是材料使用性能的一个重要方面。截至目前，人工开发的大部分超疏水材料的耐磨性不尽如意，因此，提高超疏水材料的耐磨性是超疏水材料研究的一个重要方面。本研究所开发的超疏水铜在1.25kPa压力下于1 500目砂纸上拖动时，水接触角和滚动角与拖动距离之间的关系如图6所示。由图6可以看出，随着摩擦距离的逐渐增加，水接触角缓慢降低，摩擦距离在不超过500 mm时，接触角仍在150°以上，而摩擦距离达到500mm后接触角降低到150°以下，并且随着摩擦距离的继续增加接触角进一步下降。另外，随着摩擦距离逐渐增加，滚动角从小于5°逐渐增加，当摩擦距离达到400mm时滚动角达到最大值90°。当摩擦距离继续增加时，水滴不再滚动。对500mm摩擦前后试样表面形貌及组成变化情况进行了表征，结果如图7（a）、（b）和表1所示。从低倍SEM图可以发现，摩擦测试前铜表面均匀平整而经500mm摩擦后铜表面出现了明显的划痕，表面变得凹凸不平。而从高倍SEM图可以看出，摩擦对超疏水铜表面的微观形貌及晶体结构影响不大，其表面的微纳二元结构仍然存在，但在晶粒上出现了一些小的摩擦碎屑。这表明摩擦对材料表面接触角有一定的影响，经500mm摩擦后铜表面的接触角有所下降，但依然保持超疏水特性。同时，从表1可以发现，摩擦前后元素的种类未发生改变，但C、Si、O三种元素的含量有一定的降低，而Cu和S两种元素的含量有一定的升高。这表明摩擦仅仅将少许接枝上的十六烷基三甲氧基硅烷疏水分子除去，而未对材料的二元微纳结构造成破坏。这是因为采用水热反应在铜基底制备自支持Cu2S薄膜时，铜既作为铜源参与反应，同时又为Cu2S的生长提供原位基体，这种方法制备的Cu2S薄膜通过金属间的相互作用牢固附着在铜表面上。因此，铜表面具有较好的耐磨性，当摩擦距离不超过500mm时，材料一直可以保持超疏水特性。