專利名稱：在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法，屬于功能材料、金屬表面改性和防護領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低粘附超疏水表面是指水滴在其上接觸角大于150° ,滾動角小于10°的表面。由于其具有自清潔、減阻、耐腐蝕、抗結(jié)冰結(jié)霜等特性，在軍事、通訊、航空、能源和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中有著極為廣闊的應(yīng)用前景。荷葉是低粘附超疏水表面在自然界中的典型代表。雖然荷葉的超疏水自清潔現(xiàn)象早在一千多年前就被記錄下來，但其機理直到最近幾年才被解 釋清楚。Barthlott和Jiang的研究發(fā)現(xiàn)荷葉表面的低粘附超疏水性是其特殊的表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分共同決定的。荷葉表面存在微納米級的乳突狀結(jié)構(gòu)和低表面能的蠟狀晶體，二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能材料的存在使得粗糙結(jié)構(gòu)的空隙中捕獲大量的空氣，防止其表面被水滴潤濕。荷葉低粘附超疏水性的原理給了在親水性金屬基體上制備出低粘附超疏水表面的一個思路，即先制備出二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)，然后再通過低表面能材料的修飾來降低表面能。鋼在國防工業(yè)和民用工業(yè)中被廣泛使用，因此在鋼基體上制備低粘附超疏水表面具有很好的應(yīng)用前景。目前已研究出的在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法有化學(xué)刻蝕法(Qu, M. N. ；Zhang, B. ff. ；Song, S. Y. ；Chen, L. ；Zhang J. Y. ；Cao X. P. AdvancdFunctional Materials 2007，17，593-596 ;申請?zhí)枮?200910212774. X 的中國專利)、化學(xué)沉積法(Chen,L.J. ；Chen, M. ；Zhou H. D ；Chen, J. M. Applied Surface Science 2007,255，3459-3462)、激光刻蝕法(Wu，B. ;Zhou，M. ；Li, J. ；Ye,X. ；Li,G. ；Cai,L. Applied SurfaceScience 2009，256，61-66)、溶膠凝膠法(Yang, H. ；Pi, P. H. ；Cai, Z. Q. ；ffen, X. F. ；ffang,X. B. ； Cheng J. ；Yang Z. R. Applied Surface Science 2010，256，4095-4102)、噴涂法(Song, H. J. ；Zhang, Z. H. ;Men, X. H. AppliedPhysicsA2008,91, 73-76)等。但上述方法存在一定的不足(1)化學(xué)刻蝕法需使用強酸、強堿，對操作人員和環(huán)境的危害大；(2)化學(xué)沉積法所需的加工時間長，約30h ;(3)激光刻蝕法需要昂貴的設(shè)備，且受到設(shè)備空間的限制，無法大面積制備；(4)溶膠凝膠法需要預(yù)先制備出SiO2-膠溶液，該硅膠溶液的制備耗時較長，需19h ； (5)噴涂法需要在300°C下固化2h，不但加工時間較長，且受烘箱尺寸的限制無法制備出大面積低粘附超疏水表面。此外，上述的化學(xué)刻蝕法、化學(xué)沉積法、激光刻蝕法均將粗糙結(jié)構(gòu)的制備和表面能的降低分為兩個步驟，大大降低了加工效率。因此，如何使用一種簡單、高效、安全的方法在鋼基體上制備低粘附超疏水表面顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種簡單、高效、安全地在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟
(I)將鋼板進行拋磨，再清洗除油；所采用的鋼板不能是不銹鋼鋼板；(2)將處理干凈的鋼板浸泡在硫酸銅水溶液中不少于20s，使表面均勻地沉積一層銅；
(3)將沉積銅后的鋼板浸泡在含氟硅烷的硝酸銀水溶液中不少于2min，使表面均勻地沉積一層含氟硅烷的銀，取出后用水沖洗，烘干后便可獲得低粘附超疏水表面。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下突出的優(yōu)點和效果(I)本發(fā)明方法簡單實用，無需危險的化學(xué)試劑及復(fù)雜昂貴的設(shè)備，加工效率高，且極易大面積制備。(2)本發(fā)明方法將粗糙結(jié)構(gòu)的制備和表面能的降低同時進行，極大地簡化了制備工藝。(3)本發(fā)明的方法得到的低粘附超疏水表面具有極高的疏水性和抗粘附性，水滴在其上的接觸角達163.4°，滾動角僅為I. 5°。(4)本發(fā)明方法得到的低粘附超疏水表面能有效保護鋼基體，提高鋼表面的耐腐蝕性。(5)本發(fā)明方法不僅適用于平面鋼材料而且適用于直管及彎曲管道內(nèi)外壁。


圖I為實施例I在鋼基體上獲得的低粘附超疏水表面的掃描電鏡圖。圖2為實施例I在鋼基體上獲得的低粘附超疏水表面的掃描電鏡圖。圖3為實施例I在鋼基體上獲得的低粘附超疏水表面的疏水不意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例I :將一定量的氟硅烷加入盛有0. 03mol/L硝酸銀水溶液的燒杯中配制成含1 〖％氟硅烷的硝酸銀水溶液，并在超聲波清洗機中超聲振蕩30min使氟硅烷均勻分布在溶液中。將尺寸為30 X 40mm的碳素鋼板用無水乙醇超聲波清洗Imin,然后分別用100#和400#金相砂紙打磨來去除表面的氧化物。將打磨后的碳素鋼板用去離子水超聲清洗lmin。吹干后將其浸泡在lmol/L CuSOvK溶液中20s，使表面均勻地附上一層銅，然后再將其浸泡在上述含“1:%氟娃燒和0. 03mol/L硝酸銀的水溶液中2min。取出后用去離子水沖洗。吹干后，即可獲得低粘附超疏水性。掃描電鏡顯示，鋼表面存在由微米級水杉樹葉狀的銀結(jié)構(gòu)和納米級的銀葉及銀顆粒組成的二元微納米粗糙結(jié)構(gòu)。水滴在其上的接觸角達163. 4° ,滾動角僅為1.5°。
權(quán)利要求
1.一種在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)將鋼板進行拋磨，再清洗除油；所采用的鋼板不能是不銹鋼鋼板； (2)將處理干凈的鋼板浸泡在硫酸銅水溶液中不少于20s，使表面均勻地沉積一層銅； (3)將沉積銅后的鋼板浸泡在含氟硅烷的硝酸銀水溶液中不少于2min，使表面均勻地沉積一層含氟硅烷的銀，取出后用水沖洗，烘干后便可獲得低粘附超疏水表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在鋼基體上制備低粘附超疏水表面的方法，其特征是先將鋼板進行拋磨，再經(jīng)清洗除油后浸泡在硫酸銅水溶液中不少于20s，使表面均勻地沉積一層銅，然后將沉積銅后的鋼板浸泡在含氟硅烷的硝酸銀水溶液中不少于2min，使表面均勻地沉積一層含氟硅烷的銀，取出后用水沖洗，烘干后便可獲得低粘附超疏水表面。采用本發(fā)明獲得的鋼表面具有極高的疏水性和抗粘附性，水滴在其上的接觸角達163.4°，滾動角僅為1.5°。本發(fā)明方法無需危險的化學(xué)試劑及復(fù)雜昂貴的設(shè)備，工藝簡單，重復(fù)性好。
文檔編號B05D5/08GK102626686SQ20121011650
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者劉新, 宋金龍, 徐文驥, 王續(xù)躍, 陸遙 申請人:大連理工大學(xué)