メカノケミカルロバスト性と高温耐久性を備えたスケーラブルな人工超疎水性多層ナノコンポジットコーティング

Scalable-Manufactured Superhydrophobic Multilayer Nanocomposite Coating with Mechanochemical Robustness and High-Temperature Endurance.

• Shuqi Wang
• Yaming Wang
• Yongchun Zhou
• GuoLiang Chen
• Jia-Hu Ouyang
• Dechang Jia
• Yu Zhou

抄録

機械的安定性、化学的安定性、強力な接着性を有する人工超疎水性コーティングは、これまで別々に達成されてきた。しかし、これらの特徴を高温曝露に対する安定性とともに同時に実証することは困難である。ここでは、固体サボテン植物のマイクロ/ナノ階層的な超疎水性表面に触発されて、有機無機多層構造に基づいて金属上の超疎水性ナノコンポジットコーティングを設計するための新しいプラズマ増強高温液相アシスト酸化と架橋（PHLOC）in-situ共成長戦略を提案します。本研究では、PTFEナノ粒子を架橋して、乳頭配列を持つセラミック骨格上に階層的な表面テクスチャを持つコンパクトな最上層を形成し、複数の強固な濡れ性と機械化学的強度を統合して、下地材料を外部環境から隔離することを試みた。驚くべきことに、超疎水性コーティングは、１２０回の直線摩耗や４０回の環状回転摩耗にも強い機械的堅牢性を示し、大面積で任意の形状の金属基板にも適用可能である。さらに、サンプルは高腐食性の媒体、すなわちアクアレジア、水酸化ナトリウム水溶液、模擬海水溶液への暴露にも耐え、長期的な化学的堅牢性を反映しています。さらに重要なことは、この多層コーティングは優れた高温耐久性、500℃の熱サイクル安定性、超疎水性の熱修復性を示していることです。多面的な堅牢性と拡張性を備えた超疎水性多層コーティングは、過酷な交互または衝撃負荷、高温サービス、化学腐食を伴うハイテク機器の分野での潜在的な使用法を見出すべきです。

Artificial superhydrophobic coatings with mechanical stability, chemical stability and strong adhesion have been achieved separately. However, a simultaneous demonstration of these features along with stability to high-temperature exposure is challenging. Herein, inspired by the micro/nano hierarchical superhydrophobic surfaces of solid cactus plants, we propose a novel Plasma-enhanced High temperature Liquid-phase assisted Oxidation and Crosslinking (PHLOC) in-situ co-growth strategy to design superhydrophobic nanocomposite coating on metals based on organic-inorganic multilayer structure. In which, PTFE nanoparticles cross-linked to form a compact top layer with hierarchical surface textures on a ceramic skeleton with papillae array, integrating multiple robust wettability with mechanochemical strength to isolate the underlying materials from the external environment. Remarkably, the superhydrophobic coating exhibits strong mechanical robustness undergoing 120th linear abrasion, or 40th cyclic rotary abrasion and can be applied on large-area and arbitrary shapes of metal substrates. Moreover, the samples sustain exposure to highly corrosive media, namely aqua regia, sodium hydroxide solutions and simulated seawater solution, to reflect long-term chemical robustness. More importantly, the multilayer coating demonstrates excellent high-temperature endurance, thermal cycling stability of 500 ℃ and thermal repairability of superhydrophobicity. With multifaceted robustness and scalability, the superhydrophobic multilayer coating should find potential usage in the field of high-tech equipment with severe alternating or impact loads, high-temperature service and chemical corrosion.