stringtranslate.com

Модификация поверхности

Модификация поверхности — это процесс изменения поверхности материала путем придания ей физических, химических или биологических характеристик, отличных от тех, которые изначально были на поверхности материала. [1] Такая модификация обычно применяется к твердым материалам, но можно найти примеры модификации поверхности определенных жидкостей.

Модификация может быть выполнена различными методами с целью изменения широкого спектра характеристик поверхности, таких как: шероховатость, [2] гидрофильность, [3] поверхностный заряд, [4] поверхностная энергия , биосовместимость [3] [5] и реакционная способность. [6]

Поверхностная инженерия

Поверхностная инженерия — это раздел материаловедения , который занимается поверхностью твердого вещества. Он имеет приложения к химии , машиностроению и электротехнике (особенно в отношении производства полупроводников ).

Твердые тела состоят из объемного материала, покрытого поверхностью. Поверхность, которая ограничивает объемный материал, называется Поверхностной фазой. Она действует как интерфейс с окружающей средой. Объемный материал в твердом теле называется Объемной фазой.

Поверхностная фаза твердого тела взаимодействует с окружающей средой. Это взаимодействие может со временем привести к деградации поверхностной фазы. Экологическая деградация поверхностной фазы со временем может быть вызвана износом , коррозией , усталостью и ползучестью .

Поверхностная инженерия подразумевает изменение свойств поверхностной фазы с целью снижения деградации с течением времени. Это достигается путем придания поверхности устойчивости к среде, в которой она будет использоваться.

Применение и будущее поверхностной инженерии

Методы поверхностной инженерии используются в автомобильной, аэрокосмической, ракетной, энергетической, электронной, биомедицинской, [3] текстильной, нефтяной, нефтехимической, химической, сталелитейной, энергетической, цементной, станкостроительной, строительной отраслях. Методы поверхностной инженерии могут использоваться для разработки широкого спектра функциональных свойств, включая физические, химические, электрические, электронные, магнитные, механические, износостойкие и коррозионно-стойкие свойства на требуемых поверхностях подложки. Почти все типы материалов, включая металлы, керамику, полимеры и композиты, могут быть нанесены на аналогичные или разнородные материалы. Также возможно формирование покрытий из более новых материалов (например, метстекло, бета-C3N4 ) , градиентных отложений, многокомпонентных отложений и т. д .

В 1995 году рынок поверхностной инженерии в Великобритании составлял 10 миллиардов фунтов стерлингов. Покрытия, делающие поверхность устойчивой к износу и коррозии, составляли примерно половину рынка. [7]

Функционализация антимикробных поверхностей — уникальная технология, которая может использоваться для стерилизации в здравоохранении, самоочищающихся поверхностей и защиты от биопленок.

В последние годы в области поверхностной инженерии произошел сдвиг парадигмы от традиционного гальванопокрытия к таким процессам, как осаждение из паровой фазы, [8] [9] диффузия, термическое напыление и сварка с использованием современных источников тепла, таких как плазма, [2] [3] лазер, [10] ионы, электроны, микроволны, солнечные лучи, синхротронное излучение, [3] импульсная дуга, импульсное горение, искра, трение и индукция.

По оценкам, потери из-за износа и коррозии в США составляют около 500 миллиардов долларов. В США насчитывается около 9524 предприятий (включая автомобильную, авиационную, энергетическую и строительную отрасли), которые зависят от инженерных поверхностей при поддержке 23 466 отраслей. [ необходима цитата ]

Функционализация поверхности

Функционализация поверхности вводит химические функциональные группы на поверхность. Таким образом, материалы с функциональными группами на их поверхности могут быть разработаны из субстратов со стандартными свойствами объемного материала. Яркие примеры можно найти в полупроводниковой промышленности и исследовании биоматериалов. [3]

Функционализация полимерной поверхности

Технологии плазменной обработки успешно применяются для функционализации поверхности полимеров.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кэрролл, Грегори Т.; Ренгифо, Эрнан Р.; Григорас, Кристиан; Маммана, Анджела; Турро, Николас Дж.; Коберштейн, Джеффри Т. (2017). «Фотогенерация «кликабельных» поверхностно-связанных полимерных каркасов». Журнал полимерной науки, часть A: Полимерная химия . 55 (7): 1151–1155. Bibcode : 2017JPoSA..55.1151C. doi : 10.1002/pola.28485 . ISSN  0887-624X.
  2. ^ ab Р. В. Лапшин; А. П. Алехин; А. Г. Кириленко; С. Л. Одинцов; В. А. Кротков (2010). "Вакуумное ультрафиолетовое сглаживание нанометровых неровностей поверхности полиметилметакрилата" (PDF) . Журнал исследований поверхности. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные методы . 4 (1): 1–11. Bibcode :2010JSIXS...4....1L. doi :10.1134/S1027451010010015. ISSN  1027-4510. S2CID  97385151.(Имеется русский перевод).
  3. ^ abcdef А. П. Алехин; Г.М. Болейко; С.А. Гудкова; А.М. Маркеев; А.А. Сигарев; В.Ф. Токнова; А.Г. Кириленко; Р.В. Лапшин; Е.Н. Козлов; Д.В. Тетюхин (2010). «Синтез биосовместимых поверхностей методами нанотехнологий» (PDF) . Нанотехнологии в России . 5 (9–10): 696–708. дои : 10.1134/S1995078010090144. ISSN  1995-0780. S2CID  62897767.(Имеется русский перевод).
  4. ^ Бертаццо, С. и Резван, К. (2009) Управление зарядом поверхности α-оксида алюминия с помощью карбоновых кислот. Ленгмюр.
  5. ^ Bertazzo, S., Zambuzzi, WF, da Silva, HA, Ferreira, CV & Bertran, CA (2009) Биоактивация оксида алюминия путем модификации поверхности: возможность улучшения применимости оксида алюминия при восстановлении костей и полости рта. Clinical Oral Implants Research 20: 288-293.
  6. ^ Габор Лондон, Куанг-Йен Чен, Грегори Т. Кэрролл и Бен Л. Феринга (2013). «К динамическому контролю смачиваемости с помощью функционализированных высотных молекулярных двигателей на твердых поверхностях». Химия: Европейский журнал . 19 (32): 10690–10697. doi :10.1002/chem.201300500. PMID  23784916. S2CID  5759186.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  7. ^ Махмуд Алиофхазраи; Насар Али; Мирча Чипара; Надира Бенсаада Лайдани; Джефф Т.М. Де Хоссон (2021). Справочник по современным технологиям покрытий: передовые методы характеризации , том 2. Elsevier. ISBN 978-0-444-63239-5.
  8. ^ Хе, Чжэньпин; Илона Кретцшмар (6 декабря 2013 г.). «Шаблонно-ассистированная GLAD: подход к одиночным и многослойным лоскутным частицам с контролируемой формой лоскута». Ленгмюр . 29 (51): 15755–15761. doi :10.1021/la404592z. PMID  24313824.
  9. ^ Хе, Чжэньпин; Кретцшмар, Илона (3 июня 2012 г.). «Изготовление неоднородных частиц с однородными участками с помощью шаблона». Ленгмюр . 28 (26): 9915–9919. doi :10.1021/la3017563. PMID  22708736.
  10. ^ Nejati, Sina; Mirbagheri, Seyed Ahmad; Waimin, Jose; Grubb, Marisa E.; Peana, Samuel; Warsinger, David M.; Rahimi, Rahim (2020). «Лазерная функционализация углеродных мембран для эффективной иммобилизации антимикробных серебряных наночастиц». Журнал экологической химической инженерии . 8 (5). Elsevier BV: 104109. doi : 10.1016/j.jece.2020.104109. ISSN  2213-3437. S2CID  219769929.

Библиография

Внешние ссылки