專利名稱：金屬鋁仿生超疏水表面制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬鋁仿生超疏水表面的制備技術(shù)，具體為金屬鋁仿生超疏水表面制備方法。
背景技術(shù)：
自然界有很多動植物體表面具有超疏水和自清潔的特性，其中最典型的應(yīng)屬荷葉表面，荷葉表面的水珠基本呈圓球形，這些水珠不能穩(wěn)定地停留在荷葉表面，荷葉只需傾斜一個很小的角度，水珠便會從荷葉表面滾落，水珠滾落的同時把荷葉表面的灰塵等污染物帶走，荷葉表面的這種自清潔現(xiàn)象稱為荷葉效應(yīng)。受荷葉效應(yīng)的啟發(fā)，近年來，具有超疏水性能(與水接觸角在150°以上、滾動角小于10°的表面)的仿生自清潔表面受到了人們的極大關(guān)注。將超疏水表面技術(shù)應(yīng)用于金屬材料，可以起到防水、防污、防腐蝕、自清潔、增強抗霜凍性能等特性。因此，制備金屬超疏水表面，在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中都具有廣闊的應(yīng)用前景。目前研究表明，仿生超疏水性固體表面是疏水性固體表面類荷葉狀粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)修飾的協(xié)同作用結(jié)果。由于在平表面上，通過降低表面自由能最多只能將接觸角提高至大約119°，因此，在金屬表面構(gòu)建微米-納米復(fù)合的類荷葉狀粗糙結(jié)構(gòu)是制備仿生超疏水金屬表面的關(guān)鍵。國內(nèi)外對仿生粗糙金屬表面的構(gòu)建進行了大量探索和研究，提出了大量在金屬表面構(gòu)建精細粗糙結(jié)構(gòu)的方法，主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)方法、原位自組裝方法等。專利號為CN 101982560 A采用濃度為70g/L 95g/L的鹽酸對鋁合金表面進行化學(xué)腐蝕處理，然后采用長鏈脂肪酸溶液，通過蒸鍍法，對鋁合金表面進行修飾，獲得水滴不易黏附、具有良好的超疏水特性的鋁合金表面。專利號為CN 101665968A通過兩步處理工藝，即先電化學(xué)刻蝕再通過草酸陽極氧化構(gòu)建微納米雙重結(jié)構(gòu)粗糙表面，表面氟硅烷修飾獲得超疏水表面。專利號為CN101054194A公開了一種在鋁基片上制備超疏水薄膜的方法，采用原位合成技術(shù)在陽極氧化處理后的鋁基底上生長層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物薄膜，在長鏈脂肪酸溶液中修飾后，具有良好的超疏水性，此方法比較繁瑣，所需氧化電流大，與無機鹽溶液反應(yīng)時間長，反應(yīng)溫度高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，以解決上述背景技術(shù)中的缺點。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，包括以下步驟
第一步將純度大于90%,厚度在O. Olmm O. 5mm的招片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗5 IOmin并烘干備用；第二步化學(xué)腐蝕將清洗干凈的鋁片在一定濃度的HCl或者NaOH溶液中浸泡一定時間腐蝕去除表面的氧化層，去離子水反復(fù)清洗干凈，烘干；
第三步原位生長將化學(xué)腐蝕后的鋁片垂直懸掛在硝酸鈰和六亞甲基四胺的混合溶液中室溫陳化過夜，然后升溫到一定溫度反應(yīng)一段時間，在鋁片表面原位生長氧化鈰薄膜， 用去離子水小心清洗鋁片表面，室溫晾干，80 1烘箱干燥；
第四步表面修飾將經(jīng)過化學(xué)腐蝕和原位生長兩步處理的鋁片浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中修飾，干燥，即得金屬鋁超疏水表面。本發(fā)明中，HCl溶液的較佳濃度為I 6M，腐蝕的較佳時間為30s 20min ；NaOH 溶液的較佳濃度為O. 5 2M,腐蝕的較佳時間為Imin 15min。本發(fā)明中，硝酸鈰的較佳濃度為O. 01 O. 5M，六亞甲基四胺和硝酸鈰的較佳摩爾比為10 :1 30 :1，較佳反應(yīng)溫度為60 80 °C，較佳反應(yīng)時間為I 4h。本發(fā)明中，按質(zhì)量百分比，硬脂酸乙醇溶液的較佳濃度為1%，室溫大氣環(huán)境下修飾最佳時間為2h。本發(fā)明中，所述干燥方式最好為先室溫干燥，然后60 1烘箱干燥2h。本發(fā)明的技術(shù)原理為先采用酸或堿對鋁片表面進行化學(xué)腐蝕處理，然后在酸堿蝕刻后的鋁片表面原位生長二氧化鈰薄膜，氧化鈰垂直基底生長，形成納米級葉片狀多孔結(jié)構(gòu)，有些葉片聚集，形成微米級乳突，而每一個乳突由大量納米級葉片相互交錯聚集形成，該薄膜具有納米一微米復(fù)合結(jié)構(gòu)，經(jīng)過硬脂酸乙醇溶液修飾，與水滴的接觸角達到 150 165°，滾動角小于10°，展現(xiàn)良好的超疏水性和自潔性。有益效果
本發(fā)明中，所制得的金屬鋁表面仿生超疏水性氧化物薄膜具有納米一微米復(fù)合結(jié)構(gòu)， 表面均勻地分布著納米級葉片狀多孔結(jié)構(gòu)，有些葉片聚集，形成微米級乳突，而每一個乳突由大量納米級葉片相互交錯聚集形成，在硬脂酸乙醇溶液中經(jīng)過表面疏水處理后，具有非常優(yōu)越的疏水性能，與水滴的接觸角均大于150° ,本發(fā)明在金屬鋁表面制備仿生超疏水性氧化物薄膜的方法，由于無需經(jīng)過高溫煅燒過程，簡化了金屬超疏水表面的制備工藝，節(jié)約了能源，且具有操作簡單，設(shè)備要求不高，安全無毒等優(yōu)點，制得的薄膜有優(yōu)良的超疏水和自潔性能。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。實施例I
首先將鋁片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲清洗IOmin并烘干；將清洗后的鋁片在6M HCl中浸泡45s，取出用去離子水清洗干凈；然后將鋁片垂直懸掛在鈰離子總濃度為O. 05M，六亞甲基四胺和硝酸鈰摩爾比為15 1的混合溶液中室溫陳化12h，然后升溫至 70 °C反應(yīng)lh，取出鋁片，用去離子水小心清洗表面，室溫晾干后80 °C干燥2h;接著在質(zhì)量分數(shù)為1%的硬脂酸乙醇溶液中室溫修飾2h，取出室溫大氣環(huán)境晾干，60 1烘箱干燥2h，即可獲得超疏水性良好的金屬鋁表面。
實施例2首先將鋁片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲清洗IOmin并烘干；將清洗后的鋁片在IMHCl中浸泡15min，取出用去離子水清洗干凈；然后將鋁片垂直懸掛在鈰離子濃度為O. 05M，六亞甲基四胺和硝酸鈰摩爾比為15:1的混合溶液中室溫陳化12h，然后升溫至 70 °C反應(yīng)2h，取出鋁片，用去離子水小心清洗表面，室溫晾干后80 °C干燥2h;接著在質(zhì)量分數(shù)為1%的硬脂酸乙醇溶液中室溫修飾2h，取出室溫大氣環(huán)境晾干，60 1烘箱干燥2h，即可獲得超疏水性良好的金屬鋁表面。實施例3
首先將鋁片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲清洗IOmin并烘干；將清洗后的鋁片在6MHC1中浸泡2min，取出用去離子水清洗干凈；然后將鋁片垂直懸掛在鈰離子濃度為O. 05M，六亞甲基四胺和硝酸鈰摩爾比為15 1的混合溶液中室溫陳化12h，然后升溫至 70 °C反應(yīng)3h，取出鋁片，用去離子水小心清洗表面，室溫晾干后80 °C干燥2h;接著在質(zhì)量分數(shù)為1%的硬脂酸乙醇溶液中室溫修飾2h，取出室溫大氣環(huán)境晾干，60 1烘箱干燥2h，即可獲得超疏水性良好的金屬鋁表面。實施例4
首先將鋁片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲清洗IOmin并烘干；將清洗后的鋁片在O. 5MNa0H中浸泡12min，取出用去離子水清洗干凈；然后將鋁片垂直懸掛在鈰離子濃度為O. 05M，六亞甲基四胺和硝酸鈰摩爾比為15 1的混合溶液中室溫陳化12h，然后升溫至70 °C反應(yīng)lh，取出鋁片，用去離子水小心清洗表面，室溫晾干后80 °C干燥2h;接著在質(zhì)量分數(shù)為1%的硬脂酸乙醇溶液中室溫修飾2h，取出室溫大氣環(huán)境晾干，60 1烘箱干燥2h， 即可獲得超疏水性良好的金屬鋁表面。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步將純度大于90%,厚度在O. Olmm O. 5mm的招片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗5 IOmin并烘干備用；第二步化學(xué)腐蝕將清洗干凈的鋁片在一定濃度的HCl或者NaOH溶液中浸泡一定時間腐蝕去除表面的氧化層，去離子水反復(fù)清洗干凈，烘干；第三步原位生長將化學(xué)腐蝕后的鋁片垂直懸掛在硝酸鈰和六亞甲基四胺的混合溶液中室溫陳化過夜，然后升溫到一定溫度反應(yīng)一段時間，在鋁片表面原位生長氧化鈰薄膜， 用去離子水小心清洗鋁片表面，室溫晾干，80 1烘箱干燥；第四步表面修飾將經(jīng)過化學(xué)腐蝕和原位生長兩步處理的鋁片浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中修飾，干燥，即得金屬鋁超疏水表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，其特征在于，硝酸鈰的較佳濃度為O. 01 O. 5M,六亞甲基四胺和硝酸鋪的較佳摩爾比為10 :1 30 :1,較佳反應(yīng)溫度為60 80 °C，較佳反應(yīng)時間為I 4h。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，其特征在于，按質(zhì)量百分比，硬脂酸乙醇溶液的較佳濃度為1%，室溫大氣環(huán)境下修飾最佳時間為2h。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，其特征在于，所述干燥方式最好為先室溫干燥，然后60 1烘箱干燥2h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，其特征在于，HCl溶液的較佳濃度為I 6M，腐蝕的較佳時間為30s 20min ;NaOH溶液的較佳濃度為O. 5 2M，腐蝕的較佳時間為Imin 15min。
全文摘要
金屬鋁仿生超疏水表面制備方法，將鋁片依次用丙酮、無水乙醇、去離子水超聲清洗并烘干備用；將清洗干凈的鋁片在一定濃度的HCl或者NaOH溶液中浸泡去除表面氧化層，鋁片用去離子水反復(fù)清洗干凈；將酸或堿腐蝕處理后的鋁片垂直懸掛在硝酸鈰和六亞甲基四胺的混合溶液中室溫陳化過夜，然后升溫到一定溫度反應(yīng)，在化學(xué)腐蝕后的鋁片表面原位生長氧化鈰薄膜。薄膜表面均勻分布著納米級葉片狀結(jié)構(gòu)，有些葉片聚集，形成微米級乳突，而每一個乳突由大量納米級葉片相互交錯聚集形成，具有類荷葉狀納米-微米復(fù)合的粗糙多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過硬脂酸修飾后，表面與水的接觸角達到150～165°，滾動角小于10°，具有非常好的超疏水和自潔性能。
文檔編號C23F1/20GK102586771SQ20121003162
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者梁金, 胡云楚, 陳洪 申請人:中南林業(yè)科技大學(xué)