激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究

作     者：刘超 余忠杰 王泰源 冶孟琦 王青华 LIU Chao;YU Zhongjie;WANG Taiyuan;YE Mengqi;WANG Qinghua

作者机构：东南大学机械工程学院南京211189 江苏省微纳生物医疗与器械设计与制造重点实验室南京211189 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第10期

页      面：216-229页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(52105175) 江苏省自然科学基金(BK20210235) 江苏省双创博士资助项目(JSSCBS20210121) 南京市留学人员科技创新择优资助项目(1102002310) 东南大学至善青年学者项目(2242024RCB0035) 

主　　题：激光加工 泡沫铜 微纳结构 超疏水超亲油表面 油水分离 

摘      要：目的研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调控激光参数和热处理相互作用制备出了超疏水超亲油泡沫铜表面,并使用扫描电子显微镜、光电子能谱仪和接触角测量仪,对激光加工前后泡沫铜表面的微纳结构、表面化学元素组成和油水在表面的润湿性进行了表征。结果泡沫铜表面经纳秒激光加工后诱导生成的多级微纳结构受到包括激光扫描速率、激光加工功率和扫描间距等激光加工参数的显著影响。同时,配合低温热处理工艺,激光制备泡沫铜表面的化学成分快速转变,表面能显著降低,使得泡沫铜表面获得了超疏水超亲油的润湿特性。本工作制备的泡沫铜表面在空气中的最大水接触角为158.5°,油接触角为0°。并利用油水分离试验装置验证了激光-热处理复合工艺制备的超疏水超亲油泡沫铜表面可以使油和水选择性通过,分离效率超过90%。结论激光-热处理复合工艺制备的具有多级微纳结构的泡沫铜表面具备优异的超疏水超亲油特性,展现出了良好的油水分离性能,有望实现海洋生态中石油污染的净化。