Superhidrofobicidade Das Superfícies Fabricadas De Aluminas Biônicas Por Dura Anodização

As amostras alumina biônicas foram fabricadas em uma cúpula convexa de um substrato tipo de liga de alumínio com técnica de anodização dura. As cúpulas convexas na amostra biônico foram fabricados por moldagem por compressão sob uma tensão de compressão de 92,5 MPa. Os ângulos de contato na água das amostras biônicos anodizadas foram medidos usando um medidor de ângulo de contato (JC2000A) com uma gota de água de 3 μL (microlitro) à temperatura ambiente. A medição da propriedade molhada mostrou que o ângulo de contato da água do inalterado como anodizado nas amostras de alumina biônicos aumenta de 90° para 137° com o tempo de anodização. O aumento no ângulo de contrato de água com o tempo de anodização surge da formação gradual de estrutura hierárquica ou estrutura compósita. A estrutura é composta por colunas e poros de alumina em escala micro. A altura das colunas e a profundidade dos poros dependem do tempo de anodização. O ângulo de contato da água aumenta significativamente a partir de 96° a 152°, quando as amostras foram modificadas com auto-montados monocamada de octadecanethiol (ODT), que mostra uma alteração da molhabilidade de hidrofobicidade para super-hidrofobia. Esta melhoria na propriedade de molhagem é atribuído à redução na energia de superfície causado pela modificação química.

Palavras-chave: superfície biônico, superhidrofobicidade, liga de alumínio, anodização

1. INTRODUÇÃO

Superfícies hidrofóbicas têm considerável potencial tecnológico para diversas aplicações, devido às suas excelentes propriedades de ser repelente à agua. Um grande número de estudos foram realizados para produzir superfícies biônicas hidrofóbicas artificiais induzidas por rugosidade. Superfície micro / nanoestrutura e propriedades químicas são dois os principais fatores que afetam a molhabilidade de uma superfície do material. Especialmente, as propriedades hidrofóbicas do metal e de ligas de materiais com elevada energia superficial têm atraído mais e mais atenção por causa da sua grande importância na vida diária, bem como em várias aplicações industriais e biológicos, tais como as características de auto-limpeza. A molhabilidade de superfícies de metal e de ligas, depende fortemente tanto da morfologia e/ou da microestrutura e a composição química da superfície sólida.

Na última década, investigadores têm prestado atenção para o estudo de materiais hidrofóbicos encontrados na natureza. Muitas superfícies, incluindo as folhas das plantas e os corpos de animais, são bem conhecidos por serem hidrofóbicos e de auto-limpeza. Por exemplo, a repelência à água das folhas de lótus deriva de uma textura de superfície única, que é constituída por micro-estruturas convexas (células epidérmicas papilosa) e é coberta por uma densa camada de cera epicuticular. As imagens 1a e 1b mostram a microscopia eletrônica de varredura (MEV), imagens da superfície da folha de lótus, que consiste na micro e nano inchaços e é coberto com uma cera hidrofóbica e apresenta um ângulo de contato de 162 °. Muitos estudos têm sido realizados para caracterizar completamente superfícies foliares em microescala e em nanoescala e separar os efeitos de combinações, ambos os micro e nano inchaços e a cera de folhas hidrofóbicas sobre a hidrofobia. Ao aprender e imitar o que foi encontrado na natureza, superfícies biônicas com propriedades semelhantes podem ser criadas e suas aplicações em que é necessária repelência à água pode ser realizado.

(a) Estrutura de Micro-nano comosite

(b) mastóide

Atualmente, a técnica de anodização dura na superfície da liga de alumínio

tem sido amplamente aplicada na indústria para proteger ligas de alumínio contra

corrosão. Camada de óxido de alumínio poroso, podem ser cultivadas em

substratos de liga de alumínio sob potencial anódico em ácido. O óxido de forma

nano-poros em uma matriz hexagonal com tamanhos determinados pelo

potencial utilizado. O crescimento da estrutura de compósito é determinada pelo

tamanho desencontro entre o óxido de alumínio e o metal de base, bem como

de repulsão eletrostática entre as paredes dos poros que são mediadas pelo

potencial eléctrico.

Neste trabalho, filmes de alumina em substrato de liga de alumínio com cúpulas convexas biônicos foram fabricados pela técnica de anodização dura e o processo de anodização foi analisada em detalhes. As morfologias superficiais das amostras anodizadas formados em diferentes tempos de anodização foram observados por microscopia confocal de varredura a laser (LSCM) e Digitalização Elétrica Microscopy (SEM). Os ângulos de contato da água (WCA) das amostras anodizadas sem e com a automontados monocamada de octadecanethiol (ODT) foram medidos. Finalmente, foi discutida a relação entre a morfologia da superfície e a capacidade de humedecimento das amostras anodizadas.

2. EXPERIÊNCIA

2.1. FABRICAÇÃO DE AMOSTRAS BIÔNICAS

Amostras de ligas de alumínio 2A12, com dimensões de 20 mm x 20 mm x 2 mm e composições de Si 0,50%, 0,50% de Fe, Cu 3,8% -4,9%, Mn de 0,30% -0,90%, Mg de 1,20% -1,80%, Zn 0.30%, equilibrando o Al foram usados como material de substrato. TG tipo 1090-Z máquina de controle numérico foi usado para fabricar o molde com furos côncavos simetricamente distribuídos. O material do molde é aço de carbono médio 45 #. O diâmetro e a espessura do molde é de 20 mm e 30 mm, respectivamente. O diâmetro e a profundidade dos furos no molde côncavos são 0,16 mm e 0,1 mm, respectivamente, e a distância correspondente entre os dois furos côncavos é de 0,1 mm. As cúpulas convexas na amostra biônica foram fabricadas por moldagem por compressão sob uma tensão de compressão de 92,5 MPa. As imagens 2a e 2b mostra as morfologias da superfície óptica da amostra polida e a amostra biônica com cúpulas convexas simetricamente distribuídas.

(a) Amostra suave

(b) Amostra tipo cúpula convexa biônica

2.2. FABRICAÇÃO DE AMOSTRAS ANODIZADAS MODIFICADAS E

NÃO MODIFICADAS

As amostras biônicas foram eletro-polidas em uma solução de HClO4 (Ácido

perclórico)