專(zhuān)利名稱(chēng)：可見(jiàn)光型鋁或鋁合金超親水表面的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬超親水表面的制備方法，尤其涉及一種應(yīng)用于鋁或鋁合金表面 的在可見(jiàn)光下二氧化鈦薄膜超親水表面的制備方法。
背景技術(shù)：
在納米半導(dǎo)體材料中，Ti02薄膜以其光催化效率高、化學(xué)穩(wěn)定性高、安全無(wú)毒以 及成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，不僅如此，納米Ti02薄膜還具有光致超親水性能，一 般是這樣定義超親水性二氧化鈦薄膜的，將二氧化鈦在基片上制備成薄膜，在通常情況 下，將水滴在二氧化鈦薄膜表面，表面同水有較大的接觸角，在紫外光的照射下，水的 接觸角減小到0。。
進(jìn)一步，研究發(fā)現(xiàn)納米Ti02薄膜的親水性具有光可逆性，這種親水性狀態(tài)在停止 光照后仍然能保持幾小時(shí)到幾天，然后緩慢恢復(fù)到光照前的疏水狀態(tài)，再用紫外光照射 后，又可表現(xiàn)為超親水性。采用間歇紫外光照射時(shí)可使表面始終保持超親水狀態(tài)。
紫外光照射下Ti02薄膜的超親水性能，在汽車(chē)后視鏡、擋風(fēng)玻璃、抗菌的超親水 性陶瓷、防污自清潔的玻璃和鋁及其合金等建筑材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，備受 學(xué)術(shù)界及企業(yè)界的關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)中二氧化鈦薄膜的制備方法有很多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，具 體可參考《化學(xué)進(jìn)展》的第14巻第5期中崔曉莉等所著的"納米Ti02薄膜的制備方法"， 還可以參考《材料導(dǎo)報(bào)》的2005年11月第19巻專(zhuān)輯V中耿小艷等所著的"納米二氧 化鈦薄膜的制備方法及表征技術(shù)"等。
然而，納米Ti02薄膜需要紫外光照射才能發(fā)揮作用這一要求使其在應(yīng)用上受到限 制。如果薄膜能夠在可見(jiàn)光下使用，不需要采用間歇式紫外光照來(lái)維持表面超親水性則 能大大提高薄膜在實(shí)際中的應(yīng)用。
為了提高二氧化鈦薄膜對(duì)可見(jiàn)光的利用率，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)許多嘗試，如申請(qǐng)?zhí)枮?200710042334.5的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)《一種可見(jiàn)光活性的碳摻雜納米二氧化鈦薄膜 的制備方法》(公開(kāi)號(hào)CN101069840A)，該申請(qǐng)采用反應(yīng)磁控濺射鍍膜系統(tǒng)來(lái)制備；又如申請(qǐng)?zhí)枮?00710046178.X的中國(guó)專(zhuān)利發(fā)明申請(qǐng)公開(kāi)《可見(jiàn)光活性的納米二氧化鈦復(fù) 合薄膜材料及其制備方法》(公開(kāi)號(hào)CN101157521.A),該申請(qǐng)通過(guò)提拉機(jī)將二氧化鈦 溶膠涂覆在碳納米管的導(dǎo)電玻璃上完成；再如專(zhuān)利號(hào)為200410033800.X的中國(guó)發(fā)明專(zhuān) 利《在可見(jiàn)光下具有高催化活性的二氧化鈦薄膜及其制備方法》(授權(quán)公告號(hào) CN1269992.C)，該專(zhuān)利通過(guò)溶膠一凝膠法在二氧化鈦溶膠中加入鋰鹽和銻鹽，在低溫?zé)?處理?xiàng)l件下制得。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)在鋁或鋁合金表面制備可見(jiàn)光型的二氧化鈦薄 膜的文獻(xiàn)，因鋁或鋁合金具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比剛度大、機(jī)械加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，在 機(jī)械零件，飛機(jī)汽車(chē)部件，精密儀器及無(wú)線電器材，日用品和建筑裝飾以及醫(yī)用等領(lǐng)域 應(yīng)用廣泛，因此在其表面構(gòu)建可見(jiàn)光超親水性表面意義重大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種可見(jiàn)光型鋁或鋁合 金超親水表面的制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為可見(jiàn)光型鋁或鋁合金超親水表面的 制備方法，包括如下步驟
① 配置氟鈦酸銨水溶液；
② 鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化，使其表面生成一層多孔氧化膜；
③ 液相沉積，將陽(yáng)極氧化后的鋁或鋁合金浸入步驟①中的氟鈦酸銨水溶液，脫水后 放置一段時(shí)間后，取出鋁或鋁合金，干燥后即在微觀多孔的氧化鋁表面形成Ti02納米
顆粒，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)[TiF6]2-+"H2Oo[Ti(")(HO))J2-+"H+ + wF A1203 + 12H+ + 12F e 2H3A1F6+3H202脫水后即在微觀多孔的氧化鋁表面形成Ti02納米顆粒；
④ 熱處理，將沉積有Ti02納米顆粒的鋁或鋁合金，放入熱處理爐中進(jìn)行高溫處理， 然后冷卻。
步驟①中所述的氟鈦酸銨水溶液濃度優(yōu)選為0.05~0.2mol/ L。
步驟②中所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化，優(yōu)選如下采用酸性水溶液作為電解液，電 流密度為0.5 5A/dm2,氧化溫度為0 30'C，氧化時(shí)間為0.5~3小時(shí)，進(jìn)一步，所述的 電解液優(yōu)選為如下之一30 100 g/L的H3P04水溶液、100~250g/L的112804水溶液及 30 80g/L的C2H2O4水溶液，進(jìn)一步優(yōu)化，步驟②所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化，如下
4以50g/LC2O2O4水溶液為電解液，電流密度為1.5A/dm2,氧化溫度為10~15°C，氧化時(shí) 間為40分鐘。
作為優(yōu)選，步驟③中所述的液相沉積溫度控制在50 100'C，時(shí)間為0.5 3小時(shí)。 作為優(yōu)選，步驟④中所述熱處理中升溫速度為50°C/h,熱處理溫度為420~650°C。 作為優(yōu)選，步驟①中所述的氟鈦酸銨水溶液濃度為0.5 1.5mol/L,步驟③中所述的 液相沉積溫度控制在60 80'C，沉積時(shí)間1.5小時(shí)，熱處理溫度65(TC。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法制備簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，制得的鋁或鋁合 金表面的親水薄膜在可見(jiàn)光下，其水滴滴上幾秒鐘后即平鋪于表面，接觸角接近于0。， 因此親水性能優(yōu)異，在可見(jiàn)光下具有防污自清潔的效果，應(yīng)用前景廣泛。


圖1為實(shí)施例1所得的親水表面的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。 圖2為實(shí)施例1所得的親水表面與水接觸角狀態(tài)圖。 圖3為實(shí)施例2所得的親水表面的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。 圖4為實(shí)施例2所得的親水表面與水接觸角狀態(tài)圖。 圖5為實(shí)施例3所得的親水表面的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡圖。 圖6為實(shí)施例3所得的親水表面與水接觸角狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例l:將表面去油脂的鋁或鋁合金樣品在50g/L的磷酸電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化， 氧化參數(shù)為2 A/dm2， 10°C， 2小時(shí)。然后浸入0.05mol/L， 6(TC的氟鈦酸銨水溶液中浸 置1小時(shí)，自然干燥后放入熱處理爐中在45(TC熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻。從圖1中可 以看出，氧化鋁表面的多孔結(jié)構(gòu)仍然保持，孔壁和孔內(nèi)均沉積了細(xì)小的納米顆粒。如圖 2所示，測(cè)其與水的接觸角為12。。
實(shí)施例2:將表面去油脂的鋁或鋁合金樣品在70g/L的草酸電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化， 氧化參數(shù)為1.5A/dm2， 15°C， l小時(shí)。然后浸入0.1mol/L， 8(TC的氟鈦酸銨水溶液中浸 置1小時(shí)，自然干燥后放入熱處理爐中在650'C熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻。從圖3中可 以看出，氧化鋁的規(guī)則多孔結(jié)構(gòu)消失，表面分布著尺寸為150 300nm的大顆粒，每個(gè)大顆粒上面分布著20~30nm的小顆粒，如圖4所示，水滴在該表面幾乎完全平鋪，呈 現(xiàn)極好的超親水狀態(tài)，測(cè)其與水的接觸角接近0。。
實(shí)施例3:將表面去油脂的鋁或鋁合金樣品在150g/L的硫酸電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧 化，氧化參數(shù)為2.5A/dm2， 20°C， 1小時(shí)。然后浸入0.15mol/L， 7CTC的氟鈦酸銨水溶 液中浸置2小時(shí)，自然干燥后放入熱處理爐中在60(TC熱處理2小時(shí)，隨爐冷卻。如圖 5表明沉積顆粒在氧化鋁的孔內(nèi)及孔壁聚集長(zhǎng)大，形成尺寸為100 300nm的大顆粒，每 個(gè)大顆粒的表面及周?chē)练e著尺寸為20 30nm的小顆粒，如圖6所示，水滴在該表面 鋪展，呈現(xiàn)較好的超親水狀態(tài)，測(cè)其與水的接觸角為4 6。。
權(quán)利要求
1、一種可見(jiàn)光型鋁或鋁合金超親水表面的制備方法，包括如下步驟①配置氟鈦酸銨水溶液；②鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化，使其表面生成一層多孔氧化膜；③液相沉積，將陽(yáng)極氧化后的鋁或鋁合金浸入步驟①中的氟鈦酸銨水溶液，放置一段時(shí)間后，取出鋁或鋁合金，干燥后即在微觀多孔的氧化鋁表面形成TiO2納米顆粒；④熱處理，將沉積有TiO2納米顆粒的鋁或鋁合金，放入熱處理爐中進(jìn)行高溫處理，然后冷卻。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于歩驟①中所述的氟鈦酸銨水溶液 濃度為0.05~0.2mol/L。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟②中所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極 氧化，如下采用酸性水溶液作為電解液，電流密度為0.5 5A/dm2,氧化溫度為0 30 °C,氧化時(shí)間為0.5-3小時(shí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的電解液為如下之一30 100 g/L的H3P04水溶液、100~250g/L的H2S04水溶液及30~80g/L的C2H204水溶液。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟②所述的鋁或鋁合金陽(yáng)極氧 化，條件如下以50g/LC2O2O4水溶液為電解液，電流密度為1.5A/dm2,氧化溫度為10 15 °C,氧化時(shí)間為為40分鐘。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟③中所述的液相沉積溫度控 制在50~100°C，時(shí)間為0.5 3小時(shí)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟③中所述的液相沉積溫度控 制在60~80°C ，沉積時(shí)間1.5小時(shí)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟④中所述熱處理中升溫速度 為50°C/h,熱處理溫度為420 65(TC。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于步驟④熱處理中熱處理溫度650。C。
全文摘要
一種可見(jiàn)光型鋁或鋁合金超親水表面的制備方法，包括如下步驟①配置氟鈦酸銨水溶液；②鋁或鋁合金陽(yáng)極氧化，使其表面生成一層多孔氧化膜；③液相沉積；④熱處理。現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法制備簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，親水性能優(yōu)異，在可見(jiàn)光下具有防污自清潔的效果，應(yīng)用前景廣泛。
文檔編號(hào)C25D11/24GK101665972SQ200810120739
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2008年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者烏學(xué)東, 慧 王 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所