俄罗斯研发出一种提升铝镁合金材料防水耐磨性能的新技术

攀荷弄其珠,荡漾不成圆。受荷叶不沾水的原理启发,并辅以化学处理新工艺,俄罗斯研究团队日前研发出一种提升铝镁合金材料防水耐磨性能的新技术。

荷叶表面遍布极微小的凸起和绒毛,落到荷叶上的雨水会被这种凹凸结构所排斥并快速流走,难以洇湿叶片。俄科学院物理化学与电化学研究所的科研团队依据这一防水机制并拓展利用,借助大量纳秒级激光脉冲“轰击”铝镁合金材料,使其表面产生与荷叶类似、凹凸深浅为纳米和微米尺度的特殊纹络。

科研团队在新一期《美国化学学会·纳米》月刊上报告说,这种凹凸结构可与常规防水涂料很好地结合在一起,提高铝镁合金制品的疏水特性,使水难以在汽车车身及飞机零件表面结冰。

领导这项研究的博伊诺维奇博士介绍,在用激光脉冲为铝镁合金“文身”的同时,团队用一种特殊化学制剂处理铝镁合金,进而在原有金属表面合成坚硬耐磨的氮氧化铝。此外,由于激光脉冲还能使铝镁合金表面的凹凸结构内部出现大量微小孔隙,因此这些孔隙能够吸收纳米级氮氧化铝颗粒和后期涂抹的防水涂料。

如此一来,铝镁合金制品的耐磨和抗腐蚀性能也明显提高,即使因某些“不可抗力”造成表面出现细微裂纹或划痕,其仿“荷叶”凹凸结构的孔隙内会释放出氮氧化铝颗粒和防水涂料,填充裂纹和划痕。

博伊诺维奇表示,铝镁合金在汽车和飞机制造领域使用广泛,但这种材料在冷冻货物的速冷剂和正常室温交替作用下,或在突遇过热的水蒸气时等不利因素下,其物理化学特性难以保持稳定。此外,铝镁合金容易出现点状锈蚀,其耐磨损性能也不强。

研究团队在不利因素下对经处理的铝镁合金进行了反复测试,结果该材料的物理化学特性保持了较高的稳定水平。按计划,研究人员将通过更多测试来检测这种合金改良技术的可靠性,以期尽早达到应用水平。

疏水性分子偏向于非极性,并因此较会溶解在中性和非极性溶液(如有机溶剂)。疏水性分子在水里通常会聚成一团,而水在疏水性溶液的表面时则会形成一个很大的接触角而成水滴状。

疏水性(hydrophobicity)，在化学里,疏水性指的是一个分子(疏水物)与水互相排斥的物理性质，举例来说,疏水性分子包含有烷烃、油、脂肪和多数含有油脂的物质。

疏水性通常也可以称为亲脂性,但这两个词并不全然是同义的。即使大多数的疏水物通常也是亲脂性的,但还是有例外,如硅橡胶和碳氟化合物(Fluorocarbon)。

性质理论根据热力学的理论,物质会寻求存在于最低能量的状态,而氢键便是个可以减少化学能的办法。水是极性物质,并因此可以在内部形成氢键,这使得它有许多独别的性质。但是,因为疏水物不是电子极化性的,它们无法形成氢键,所以水会对疏水物产生排斥,而使水本身可以互相形成氢键。这即是导致疏水作用(这名称并不正确,因为能量作用是来自亲水性的分子)的疏水效应,因此两个不相溶的相态(亲水性对疏水性)将会变化成使其界面的面积最小时的状态。此一效应可以在相分离的现象中被观察到。