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硅橡胶因具有热稳定性、理化惰性、介电性等性质被应用于航空航天、防污材料及电子系统等领域。但是，在恶劣条件下，硅橡胶的性能较差，在航空航天密封件中应用时，需要对其简单的技术加工以克服性能弱点，提高在极端环境下的耐用性不可缺少。近年来，超疏水表面因其优异的拒水性在生活中和工业领域得到广泛应用，学者们对超疏水表面的制备已展开大量研究。他们主要通过疏水材料表面粗糙化或微结构表面引入低表面能材料，以提升各种材料表面的疏水效果。目前，已有许多学者对制备高耐久性的超疏水表面进行了一定的研究，并报道大量的相关文献。他们的研究思路是在低表面能材料表面构建一体化微观结构，这种整体结构在经过磨损时保持原有的表面结构与成分，使得超疏水表面经过磨损后保持原来的超疏水性能。本研究选择具有热稳定性、耐寒性的硅橡胶为基底，在其表面喷涂碳纳米管（CNTs）疏水性粒子，以不锈钢筛网为模板，结合热压工艺，成功制备出一种含微纳结构的耐久超疏水表面。测试了接触角、滑动角以及粘附强度，利用高载荷砂纸磨损循环、胶带粘离和高速钢珠冲击验证其机械耐久性，并进行耐久的机理分析。验证了耐腐蚀与自清洁性能，测试了表面液滴弹跳次数与延迟结冰时间，为研发一种耐久的超疏水表面提供一定的理论分析和思路。
图1.制备流程图
图2.(a)、(e)、(i)硅橡胶、筛网、SS表面的三维形貌；(b)、(c)不同放大倍数下硅橡胶表面的SEM图；(d) CNTs的SEM图； (f)、(g)筛网表面的正视与侧视SEM图； (h)SS侧面的SEM图；(j)、(k)不同放大倍数下SS表面的SEM图；(l)高放大倍数下SS表面凸起结构的SEM图。
图3.（a）不同表面接触角；（b）SS表面低黏附性；（c）润湿机理图。
图4.（a）硅橡胶表面液滴弹跳图；（b）SS表面液滴弹跳图；（c）SS表面液滴弹跳曲线图。
图5.(a)、(g)砂纸磨损和胶带剥离；(b)、(h)两种机械损坏后CA与SA的变化；(c)SS表面三维形貌；(d)、(e)砂纸磨损后SS表面不同放大倍数SEM图；(f)、(i)两种机械损坏后SS表面的三维形貌；(j)、(k)、(l)胶带剥离后SS表面不同放大倍数下SEM图。
图6.(a)钢珠冲击示意图；(b)钢珠冲击后CA与SA变化；(c)钢珠冲击后SS表面三维形貌；(d)、(e)、(f)钢珠冲击后SS表面不同放大倍数SEM图；(g)、(h)、(i)、(j)分别为SS和三种机械损坏后SS表面的三维形貌侧视图。
图7.（a）不同PH值溶液浸泡后SS表面CA变化；（b）、（c）、（d）分别为酸性、中性、碱性溶液浸泡后三维形貌。
图8.(a)硅橡胶表面结冰时间；(b)SS表面结冰时间；(c)砂纸磨损后SS表面结冰时间。
图9.（a）双机位自清洁测试；（b）硅橡胶表面自清洁效果；（c）SS表面自清洁效果；（d）SS表面自清洁变化过程；（e）自清洁机理图。
本研究报道了一种简单、环保、耐久性优异、表面结构稳定的硅橡胶超疏水表面制备工艺。通过将模板法与喷涂法相结合的方法制备出SS表面，测得表面平均CA和SA分别为160.9°、2.5°。该表面具有较好的低粘附性和液滴弹跳性能，液滴在表面的弹跳次数为5次。 同时，SS表面具有优异的耐久性。经过三种不同的高载荷机械损坏后表面依旧保持较好的疏水性能，并解释了耐久机理。经过不同PH值的溶液进行耐化学腐蚀性的测试，发现浸泡之后SS表面微观结构没有明显的变化。比较了硅橡胶、SS以及磨损后SS表面液滴的结冰时间，与硅橡胶表面相比，SS表面的延迟结冰时间为760s。尽管受到高载荷机械磨损，SS表面依旧具有延迟结冰性能。最后通过双机位从宏观和微观的角度验证了SS表面的自清洁性能，并分析其自清洁机理。因此，该制备工艺有望促进超疏水表面在防结冰领域的实际发展，特别是为制备一种具有优异耐久性的超疏水表面提供了理论分析与设计方法。
相应的成果以“Preparation and performance study of highly durable silicone rubber superhydrophobic surfaces”为题发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects上，文章的第一作者为中国民用航空飞行学院与甘肃农业大学联合培养硕士生李佩文，通讯作者为孙伟教授。
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中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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