一種鋅超疏水表面的制備方法【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋅超疏水表面制備的技術(shù)，本發(fā)明的鋅片經(jīng)鹽酸化學(xué)刻蝕在表面形成球狀的粗糙結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)水熱反應(yīng)在其表面形成一層均勻的接近納米尺寸的棒狀結(jié)構(gòu)，且此結(jié)構(gòu)基本與表面垂直，最后用全氟辛酸無水乙醇溶液進(jìn)行低能修飾，得到超疏水且疏油性良好的表面。將蒸餾水滴到經(jīng)化學(xué)修飾后的鋅片表面進(jìn)行接觸角測定，鋅片表面與水的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°，且此表面具有較好的疏油性，與花生油的接觸角可達(dá)145.62°。【專利說明】一種鋅超疏水表面的制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明屬于疏水表面制備領(lǐng)域，具體涉及一種鋅超疏水表面的制備方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]表面潤濕性是固體表面的重要特性，且由固體表面的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分共同決定。因此，制備疏水或超疏水表面的方法主要有兩種：一是在低表面能物質(zhì)表面構(gòu)建一定的粗糙結(jié)構(gòu)；二是在具有粗糙結(jié)構(gòu)的表面覆蓋一層低能物質(zhì)。近年來，仿生超疏水表面在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出非常重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，已經(jīng)引起了相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注。目前，制備超疏水表面的文獻(xiàn)報(bào)道主要有：Steckl等用同軸靜電紡絲技術(shù)制備了聚四氟乙烯疏液表面，與水的接觸角為158°(DaewooHan,AndrewJ.Steckl.Superhydrophobicandoleophobicfibersbycoaxialelectrospinning.Langmuir,2009,25(16):9454-9462.);ZhaozhuZhang等用電化學(xué)置換法在鋅基體上制備了多尺度的銀微納米結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過低能修飾等到了超疏水表面（X.Xuetal，Superamphiphobicself-assembledmonolayerofthiolonthestructuredZnsurface,ColloidsandSurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects.2012,396:90-95.);Wong等在Nature上報(bào)道了基于豬籠草疏液的理念，以三種假說為前提成功制備了具有修復(fù)性能的疏液表面，此表面用納米或微米的微孔鎖住潤滑液體達(dá)到疏液（包括水、烴類、原油和血液）的目的（Tak-SingWong,SungHoonKang,SindyKY,etal.Bioinspiredself-repairingslipperysurfaceswithpressure-stableomniphobicity.Nature,2011,22:445-447.);中國專利200810183392.4公開了一種鋁超疏水表面制備技術(shù)，這種方法將鋁或者鋁合金片進(jìn)行兩步電化學(xué)處理得到微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，再用全氟十八烷基三氯硅烷或者全氟聚甲基酸丙烯酸酯修飾得到的表面具有超疏水性。從以上文獻(xiàn)和專利可以發(fā)現(xiàn)，目前所得到的超疏水表面一般制備條件苛刻，制備工藝復(fù)雜，使用材料特殊，這大大阻礙了超疏水表面的應(yīng)用。[0003]鋅常應(yīng)用于鍍層金屬，在諸多領(lǐng)域被廣泛使用，因此在鋅表面實(shí)現(xiàn)疏水具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)際價(jià)值。因此，需要尋找一種在鋅片表面制備條件要求不高、操作簡單、成本較低且適合大面積制備的超疏水表面的方法。【
發(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種在金屬鋅表面制備超疏水表面的方法。[0005]本發(fā)明將鋅片先進(jìn)行化學(xué)刻蝕，再用水熱反應(yīng)法對(duì)表面進(jìn)行氧化，最后用全氟辛酸無水乙醇溶液修飾，得到的表面具有超疏水性。[0006]具體本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：[0007]-種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于該方法依次包括以下幾個(gè)步驟：[0008]1)用金相砂紙打磨鋅片表面去除表面的氧化膜和油污至2000#，然后分別用丙酮、無水乙醇、蒸餾水超生清洗打磨好的鋅片，進(jìn)入下一步；[0009]2)將清洗干凈的鋅片放入到0.5-1.5mol/L的鹽酸水溶液中刻蝕30-150S，取出后清洗，干燥，進(jìn)入下一步；[0010]3)將刻蝕后的鋅片放入到裝有30%的由氨水、無水乙醇和蒸餾水組成的混合溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中，在85-125?下保溫24h，取出后清洗，干燥，進(jìn)入下一步；[0011]4)將上述制備的鋅片放入到全氟辛酸無水乙醇溶液中浸泡11天，取出后在室溫條件下晾干得到超疏水表面。[0012]本發(fā)明步驟（1)中所用的鋅片純度約為99.9%。[0013]本發(fā)明步驟（3)中所述的混合液中氨水與無水乙醇與蒸餾水的體積比為1:1〇:9。[0014]本發(fā)明步驟（4)中所述的全氟辛酸純度為95%。[0015]本發(fā)明的鋅片經(jīng)鹽酸化學(xué)刻蝕在表面形成球狀的粗糙結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)水熱反應(yīng)在其表面形成一層均勻的接近納米尺寸的棒狀結(jié)構(gòu)，最后用全氟辛酸無水乙醇溶液進(jìn)行低能修飾，得到超疏水且疏油性良好的表面。[0016]將蒸餾水滴到經(jīng)化學(xué)修飾后的鋅片表面進(jìn)行接觸角測定，鋅片表面與水的接觸角大于150°，滾動(dòng)角小于10°，且此表面具有較好的疏油性，與花生油的接觸角可達(dá)145.62°。[0017]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：[0018]1)制備工藝簡單，所需設(shè)備簡易，原料便宜易得。以鋅片為原料，經(jīng)過化學(xué)刻蝕、水熱氧化反應(yīng)和低能修飾，制備超疏水且具有一定疏油性的表面。[0019]2)鋅表面為接近納米級(jí)的棒狀粗糙結(jié)構(gòu)，處理的表面相對(duì)較均勻一致。[0020]3)所制得的超疏水表面在空氣中放置一段時(shí)間（大于3個(gè)月）而不改變其表面的超疏水性。[0021]4)所制得的超疏水表面以通常的工程及生活中使用的金屬鋅為原料，因而適用范圍較廣、在工業(yè)和生活中具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是一些鍍鋅表面需要超疏水的領(lǐng)域?！緦＠綀D】【附圖說明】[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鋅片表面經(jīng)過水熱氧化后的XRD圖像；[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中制備的基于鋅的超疏水表面的SEM圖像；[0024]圖3是本發(fā)明實(shí)施例制備的基于鋅的超疏水表面與蒸餾水的靜態(tài)接觸角照片。【具體實(shí)施方式】[0025]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，以下所述，僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做其他形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更為同等變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改或等同變化，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。[0026]-種鋅超疏水表面的制備方法，具體由以下步驟完成：[0027](1)配置鹽酸水溶液，濃度為1.5mol/L;[0028](2)取厚度為2mm左右、純度為99.99%的鋅片（上海艾利艾金屬材料有限公司）為基底，用金相砂紙打磨鋅片表面去除氧化膜和油污至2000#;[0029](3)將步驟（2)處理后的鋅片用丙酮、無水乙醇、蒸餾水分別超生波清洗后放在步驟（1)的鹽酸水溶液中90s，然后清洗、干燥，得到具有一定粗糙結(jié)構(gòu)的固體表面；[0030](4)將步驟（3)所得的鋅片放入反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜裝有由氨水、無水乙醇、蒸餾水組成的混合溶液，其中氨水、無水乙醇、蒸餾水的體積比為1:1〇:9,將反應(yīng)釜放入溫控干燥箱中95°C恒溫保持24h，然后取出清洗、干燥，得到具有納米棒狀結(jié)構(gòu)的固體表面；[0031]經(jīng)XRD測定，該表面生成氧化鋅。固體表面的XRD照片見附圖1;[0032](5)進(jìn)行表面修飾，將步驟⑷所得的具有粗糙結(jié)構(gòu)的鋅片在0.Olmol/L的全氟辛酸無水乙醇溶液中浸泡lld，然后取出在室溫條件下晾干，最后得到具有超疏水性的表面。[0033]經(jīng)Sffl測定，該樣品為接近納米級(jí)棒狀粗糙結(jié)構(gòu)的表面，該表面與蒸餾水的靜態(tài)接觸角平均151.42°，滾動(dòng)角通常小于10°。固體表面的掃描電鏡照片見附圖2;表面與蒸餾水的接觸角見附圖3?！緳?quán)利要求】1.一種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于該方法依次包括以下幾個(gè)步驟：1)用金相砂紙打磨鋅片表面去除表面的氧化膜和油污至2000#，然后分別用丙酮、無水乙醇、蒸餾水超生清洗打磨好的鋅片，進(jìn)入下一步；2)將清洗干凈的鋅片放入到鹽酸水溶液中刻蝕30-150S，取出后清洗，干燥，進(jìn)入下一[K少；3)將刻蝕后的鋅片放入到裝有由氨水、無水乙醇和蒸餾水組成的混合溶液的反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜放入恒溫干燥箱中，在85-125?下保溫24h，取出后清洗，干燥，進(jìn)入下一步；4)將上述制備的鋅片放入到全氟辛酸無水乙醇溶液中浸泡11天，取出后在室溫條件下晾干得到超疏水表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于：步驟（1)中所用的鋅片純度約為99.9%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于：步驟（2)中所述的鹽酸水溶液的濃度為〇·5-1.5mol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于：步驟（3)中所述的氨水與無水乙醇與蒸餾水的體積比為1:1〇:9。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋅超疏水表面制備技術(shù)，其特征在于：步驟（4)中所述的全氟辛酸純度為95%?！疚臋n編號(hào)】C23C22/60GK104195539SQ201410422987【公開日】2014年12月10日申請日期:2014年8月26日優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日【發(fā)明者】于思榮,李好,韓祥祥,劉恩洋,趙嚴(yán)申請人:中國石油大學(xué)(華東)