Модификация поверхности - это изменение поверхности материала путем придания физических, химических или биологических характеристик отличным от тех, которые были изначально обнаружены на поверхности материала.
Эта модификация обычно применяется к твердым материалам, но можно найти примеры модификации поверхности конкретных жидкостей.
Модификация может выполняться различными методами с целью изменения широкого диапазона характеристик поверхности, таких как: шероховатость, [1] гидрофильность, [2] заряд поверхности, [3] поверхностная энергия , биосовместимость [2] [4 ] ] и реактивность. [5]
Поверхностная инженерия [ править ]
Поверхностная инженерия - это дисциплина материаловедения, которая занимается изучением поверхности твердого вещества. Он применяется в химии , машиностроении и электротехнике (особенно в производстве полупроводников ).
Твердые тела состоят из объемного материала, покрытого поверхностью. Поверхность, ограничивающая объемный материал, называется поверхностной фазой . Он действует как интерфейс для окружающей среды. Объемный материал в твердом состоянии называется объемной фазой .
Поверхностная фаза твердого тела взаимодействует с окружающей средой. Это взаимодействие может со временем ухудшить поверхностную фазу. Ухудшение поверхностной фазы в окружающей среде с течением времени может быть вызвано износом , коррозией , усталостью и ползучестью .
Инженерия поверхности включает изменение свойств поверхностной фазы, чтобы уменьшить деградацию с течением времени. Это достигается за счет обеспечения устойчивости поверхности к среде, в которой она будет использоваться.
Приложения и будущее инженерии поверхностей [ править ]
Технологии поверхностного проектирования используются в автомобильной, аэрокосмической, ракетной, энергетической, электронной, биомедицинской, [2] текстильной, нефтяной, нефтехимической, химической, сталелитейной, энергетической, цементной, станкостроительной, строительной отраслях. Методы инженерии поверхности могут использоваться для разработки широкого диапазона 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 покрыты одинаковыми или разнородными материалами. Также возможно формирование покрытий из более новых материалов (например, из металла, бета-C3N4), градиентных отложений, многокомпонентных отложений и т. Д.
В 1995 году рынок поверхностных работ в Соединенном Королевстве составлял 10 миллиардов фунтов стерлингов. Покрытия, обеспечивающие устойчивость поверхности к износу и коррозии, составляли примерно половину рынка. [ необходима цитата ]
Функционализация антимикробных поверхностей - это уникальная технология, которая может использоваться для стерилизации в сфере здравоохранения, самоочищающихся поверхностей и защиты от биопленок.
В последние годы произошел сдвиг парадигмы в инженерии поверхностей от устаревшего гальванического покрытия к таким процессам, как осаждение из паровой фазы, [6] [7] диффузия, термическое напыление и сварка с использованием передовых источников тепла, таких как плазма, [1] [2 ] ] лазер, [8] ионные, электронные, микроволновые, солнечные лучи, синхротронное излучение, [2] импульсная дуга, импульсное горение, искра, трение и индукция.
По оценкам, потери из-за износа и коррозии в США составляют примерно 500 миллиардов долларов. В США около 9524 предприятий (включая автомобилестроение, авиастроение, энергетику и строительство) зависят от инженерных поверхностей при поддержке 23 466 предприятий. [ необходима цитата ]
Функционализация поверхности [ править ]
Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( декабрь 2009 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Функционализация поверхности вводит на поверхность химические функциональные группы . Таким образом, материалы с функциональными группами на поверхности могут быть созданы из субстратов со стандартными свойствами объемного материала. Яркие примеры можно найти в полупроводниковой промышленности и исследованиях биоматериалов. [2]
Функционализация поверхности полимера [ править ]
Технологии плазменной обработки успешно применяются для функционализации поверхности полимеров.
См. Также [ править ]
- Обработка поверхности
- Наука о поверхности
- Трибология
- Метрология поверхности
- Модификация поверхности биоматериалов белками
- Обработка пламенем
Ссылки [ править ]
- ^ a b Р. В. Лапшин; А.П. Алехин; Кириленко А.Г .; Одинцова; В.А. Кротков (2010). «Вакуумное ультрафиолетовое сглаживание неровностей нанометрового размера на поверхности полиметилметакрилата» (PDF) . Журнал поверхностных исследований. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные методы . 4 (1): 1–11. DOI : 10.1134 / S1027451010010015 . ISSN 1027-4510 .( Есть русский перевод ).
- ^ a b c d e f Алехин А. П.; GM Болейко; С.А. Гудкова; А.М. Маркеев; А.А. Сигарев; В.Ф. Токнова; Кириленко А.Г .; Р.В. Лапшин; Е.Н. Козлов; Д.В. Тетюхин (2010). «Синтез биосовместимых поверхностей методами нанотехнологий» (PDF) . Нанотехнологии в России . 5 (9–10): 696–708. DOI : 10.1134 / S1995078010090144 . ISSN 1995-0780 . ( Есть русский перевод ).
- ^ Бертаццо, С. & Резван, К. (2009) Контроль заряда поверхности α-оксида алюминия с помощью карбоновых кислот. Ленгмюра.
- ^ Bertazzo, S., Zambuzzi, WF, da Silva, HA, Ferreira, CV и Bertran, CA (2009) Биоактивация оксида алюминия путем модификации поверхности: возможность улучшения применимости оксида алюминия для восстановления костей и полости рта. Клинические исследования оральных имплантатов 20: 288-293.
- ^ Габор Лондон, Куанг-Йен Чен, Грегори Т. Кэрролл и Бен Л. Феринга (2013). «К динамическому контролю смачиваемости с помощью функциональных высотных молекулярных двигателей на твердых поверхностях» . Химия: Европейский журнал . 19 (32): 10690–10697. DOI : 10.1002 / chem.201300500 . PMID 23784916 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Хэ, Чжэньпин; Илона Кречмар (6 декабря 2013 г.). "GLAD с использованием шаблонов: подход к одно- и многоточечным пятнистым частицам с контролируемой формой пятен" . Ленгмюра . 29 (51): 15755–15761. DOI : 10.1021 / la404592z . PMID 24313824 .
- ^ Хэ, Чжэньпин; Кречмар, Илона (3 июня 2012 г.). «Изготовление с помощью шаблона из пятнистых частиц с однородными пятнами». Ленгмюра . 28 (26): 9915–9919. DOI : 10.1021 / la3017563 . PMID 22708736 .
- ^ Неджати, Сина; Мирбагери, Сейед Ахмад; Ваймин, Хосе; Grubb, Marisa E .; Пеана, Самуэль; Уорсингер, Дэвид М .; Рахими, Рахим (2020). «Лазерная функционализация углеродных мембран для эффективной иммобилизации антимикробных наночастиц серебра». Журнал экологической химической инженерии . Elsevier BV: 104109. дои : 10.1016 / j.jece.2020.104109 . ISSN 2213-3437 .
- R.Chattopadhyay 'Advanced термическим Assisted поверхности технологических процессов' Kluwer Academic Publishers, Массачусетс, США (ныне Springer, Нью - Йорк), 2004, ISBN 1-4020-7696-7 , E- ISBN 1-4020-7764-5 .
- Р. Чаттопадхай, «Поверхностный износ - анализ, обработка и профилактика», ASM-International, Materials Park, OH, USA, 2001, ISBN 0-87170-702-0 .
С. Конда, Синтез на основе пламени и функционализация наночастиц сплава палладия на месте, AIChE Journal, 2018, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.16368
Внешние ссылки [ править ]
- Институт химии поверхности и катализа Ульмского университета