부식성 환경에서 긴 내구성을 지닌 초소수성 및 소유성 미세 질감의 알루미늄 표면

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1737(2023) 이 기사 인용

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초소수성(SHP) 및 소유성 알루미늄 표면은 확장 가능한 화학적 마이크로 텍스처링 공정과 장쇄 폴리플루오로알킬 부분을 사용한 표면 기능화의 조합을 통해 준비되었습니다. 미세 질감 표면에 대한 양극층의 효과는 표면 형태, 초소수성, 표면 기계적 특성 및 부식 방지 강화를 고려하여 평가되었습니다. 폴리플루오로알킬 부분을 사용한 표면 기능화는 두 가지 다른 방식으로 다루어졌습니다: (i) 폴리플루오로알킬 부분의 그래프팅 및 (ii) 폴리플루오로알킬 함유 화합물 함량이 낮은 얇은 하이브리드 코팅의 증착. 최소 2016시간까지 SHP 및 소유성 특성을 유지하는 염수 분무 환경에서 높은 내구성을 보여주는 알루미늄 표면이 달성되었습니다. 이러한 종류의 표면에 대한 응용 분야는 청소하기 쉬운 표면부터 여러 부문에서 관심을 가질 수 있는 결빙 방지 또는 결로 방지 기능까지 다양합니다.

알루미늄 합금은 우수한 고비강도, 뛰어난 전기전도도, 상대적으로 낮은 비중량 등의 우수한 특성으로 인해 건설, 자동차, 해양, 항공, 가전제품 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 최근 몇 년 동안 높은 내식성을 나타내는 자가 세척1 또는 결빙 방지2,3와 같은 새로운 특성을 가진 표면에 대한 요구로 인해 초소수성을 나타내는 새로운 표면 처리, 즉 물 접촉각(WCA)이 150°보다 높은 새로운 표면 처리에 대한 연구가 진행되었습니다. 5°5 미만의 슬라이딩 각도 및 소유성, 즉 헥사데칸과 같은 저에너지 액체와의 접촉각은 90° 이상입니다.

표면의 초소수성은 표면의 구성과 형태에 의해 결정됩니다. 낮은 계면 에너지 매끄러운 표면의 최대 WCA는 110-120°를 거의 달성할 수 없습니다. 따라서 초소수성을 달성하려면 많은 저자들5,6이 연구한 바와 같이 표면이 화학적 특성과 형태학적 특성을 결합해야 합니다. 특정 표면 거칠기 조정(마이크로 나노텍스처링) 덕분에 계면 에너지가 낮은 표면의 소수성이 더욱 증가되어(Cassie-Baxter에서 Wenzel 상태로) 초소수성이 가능해집니다. 기계적 처리7, 화학적 에칭8,9,10, 전기화학적 처리11, 레이저 텍스처링12 또는 아노다이징13과 같은 표면 거칠기를 조정하기 위한 다양한 방법이 문헌에 보고되어 있습니다. 그러나 이들 중 일부를 산업 수준에서 구현하는 것은 처리 시간과 비용이 상대적으로 높거나 평평하지 않은 조각이나 복잡한 형상을 처리하기가 어렵기 때문에 어렵습니다. 또한 적용되는 방법은 기계적, 내구성 또는 내식성과 같은 재료 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

복잡한 형상 부품의 비용 효율성과 균질한 특성이 산업계에서 필요하다는 점을 고려할 때 대규모 제조를 가능하게 하는 여러 화학 공정은 초소수성(SHP) 및 소유성 알루미늄 부품 생산에 잠재적으로 적합한 것으로 간주됩니다.

화학적으로 처리된 알루미늄 SHP 표면을 다루는 출판물 중에서 소유성을 연구하는 출판물은 거의 없습니다10. 양소성이라고 불리는 물(소수성)과 기름(소유성)을 모두 밀어내는 표면은 단순히 소수성 특성을 지닌 표면보다 처리하기가 더 어렵습니다14. 예를 들어, Choi 등은 세 가지 종류의 알칼리 기반 화학적 에칭 공정을 사용하여 SHP와 서로 다른 형태의 소유성 계층적 알루미늄 표면을 얻었습니다. Carneiro et al.16은 화학적 에칭과 졸-겔 방법으로 합성된 유기적으로 변형된 규산염 코팅의 증착을 통해 SHP 및 소유성 알루미늄 표면을 달성했습니다. Varshney et al.17은 화학적 에칭과 라우르산을 사용한 부동태화를 통해 자체 세척 및 김서림 방지 특성을 갖춘 SHP 알루미늄 표면을 달성했습니다. Ruan 등18은 SHP 표면을 얻기 위한 제조 절차를 단순화하는 특정 전기화학적 양극 산화 및 화학적 에칭 방법을 통해 결빙 방지 기능을 갖춘 다양한 SHP 알루미늄 표면을 얻었습니다. Barthwal et al.19은 간단한 화학적 에칭 및 양극 산화 처리와 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸트리클로로실란(FAS13) 그래프팅을 결합하여 기계적으로 안정적인 초양양성 알루미늄, 즉 WCA 및 150°보다 높은 헥사데칸 접촉각(HCA)을 제작했습니다. 최근에 Kikuchi et al.20은 전기화학적 에칭(염산 용액에서)과 양극 산화 처리(피로인산 용액에서) 방법을 결합하여 서로 다른 슬라이딩으로 높은 접촉각을 보여주는 초양양성(물과 도데칸 접촉각이 150° 이상) 알루미늄 표면을 생산했습니다. 아노다이징 시간에 따른 각도.