一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，在室溫條件下依次用丙酮和乙醇超聲清洗鋁片，然后用去離子水沖洗，接著將鋁片放在氫氧化鈉溶液中堿蝕，再用去離子水沖洗，最后將鋁片置于硝酸溶液中酸蝕；將上述預(yù)處理后的鋁片作為陽極，以鉛板為陰極，在磷酸溶液中電解，電解液恒溫，使其表面生成氧化鋁薄膜；將上述處理后的鋁片浸入氨水溶液中，鋁片被氨水腐蝕；將上述處理后的鋁片浸入硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷混合液中，浸泡10~30h，取出用正己烷沖洗后即可獲得具有超疏水的鋁片。通過本發(fā)明的方法獲得的超疏水金屬鋁在放置4個月后，接觸角無變化，滾動角小于5°，不僅具有良好的超疏水性和自清潔功能，而且具有很強(qiáng)的防腐蝕能力。
【專利說明】一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種超疏水材料，具體來說是一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水招表面的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]鋁是地球上含量極豐富的金屬元素，其蘊(yùn)藏量在金屬中居第2位。至19世紀(jì)末，鋁才嶄露頭角，成為在工程應(yīng)用中具有競爭力的金屬，且風(fēng)行一時。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬一鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。然而，常用的鋁合金表面處理方法所獲得的金屬表面不具有自清潔性，容易被污染，而且在酸、堿、鹽等腐蝕性溶液環(huán)境中的長期保護(hù)性能還很欠缺。因此，需要研究更穩(wěn)定更強(qiáng)且長期保護(hù)性能更好的新型的鋁合金保護(hù)方法。將超疏水表面技術(shù)應(yīng)用于金屬材料，可以起到自清潔、抑制表面腐蝕和表面氧化、降低摩擦系數(shù)以及增強(qiáng)抗霜凍性能的效果，因此，制備金屬基超疏水表面材料，具有重要的學(xué)術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)意義。
[0003]制備超疏水表面可以從兩個方面入手:一方面是使材料表面具有微細(xì)的粗糖結(jié)構(gòu)；另一方面是用低表面能物質(zhì)修飾材料表面。僅通過在光滑表面上修飾低表面能物質(zhì)，通常只能使接觸角增加到119°。因此，構(gòu)建合適的表面粗糙結(jié)構(gòu)是制備超疏水表面的關(guān)鍵。目前，制備超疏水固體表面粗糙結(jié)構(gòu)的方法很多，如機(jī)械加工法、物理或化學(xué)氣相沉積法、電化學(xué)方法、溶膠一凝膠法、模板法、激光或等離子體刻蝕法等。然而，現(xiàn)有的這些方法還存在著各自不同的缺點(diǎn)和局限性，或是所用的原料特殊，或是操作過程難以控制，或是加工設(shè)備昂貴，或不能大面積生產(chǎn)等等。所以通過比較簡便易行的方法來實(shí)現(xiàn)表面的超疏水性就成了當(dāng)前制備超疏水表面技術(shù)中最重要的目標(biāo)之一。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，所述的這種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的鋁片表面低表面能物質(zhì)易脫落，超疏水穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，包括如下步驟:
(1)一個將鋁片預(yù)處理的步驟，在室溫條件下依次用丙酮和乙醇超聲清洗鋁片，然后用去離子水沖洗，接著將鋁片放在氫氧化鈉溶液中堿蝕，再用去離子水沖洗，最后將鋁片置于硝酸溶液中酸蝕；從而達(dá)到鋁表面拋光的目的；
(2)—個將鋁片表面氧化的步驟，將上述預(yù)處理后的鋁片作為陽極，以鉛板為陰極，在磷酸溶液中電解，電解液恒溫，使其表面生成氧化鋁薄膜；
(3)—個將鋁片表面粗糙化的步驟，將步驟(2)處理后的鋁片浸入氨水溶液中，鋁片被氨水腐蝕。從而構(gòu)造微-納米結(jié)構(gòu)的表面形貌，并使氧化鋁與氨水反應(yīng)，產(chǎn)生羥基；
(4)一個將鋁片表面修飾的步驟，將步驟(3)處理后的鋁片浸入硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷混合液中，浸泡10~30h，取出用正己烷沖洗后即可獲得具有超疏水的鋁片。
[0007]進(jìn)一步的，步驟(I)中氫氧化鈉的濃度為0.5-2 mol/L，較佳的濃度是lmol/L，氫氧化鈉腐蝕的時間是0.5~2min，較佳的腐蝕時間是Imin ;硝酸的濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5~15%，較佳的濃度是質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%,硝酸腐蝕的時間是1-1.5min,較佳的時間是1.5min。
[0008]進(jìn)一步的，步驟(2)中磷酸溶液的濃度為2.5-4mol/L ;反應(yīng)溫度為_0.5~2°C;最佳為(TC ;反應(yīng)時間為5min-2h，電壓為30-50V。
[0009]進(jìn)一步的，步驟(3)中氨水濃度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)25~40%，最佳是質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%，氨水的浸泡時間是2-5h。
[0010]進(jìn)一步的，步驟(4)中，硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺在正己烷中的濃度為2~4 mM/L，優(yōu)選為3mM/L，其中硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺為任意配比。
[0011]本發(fā)明采用陽極氧化法使鋁片表面生成氧化鋁薄膜，顯著的提高了鋁片的防腐蝕性能。本發(fā)明所用的電解液是磷酸，所用的表面地表面能物質(zhì)是硬脂酸、DCC、正己烷，超疏水基體可以是純鋁或鋁合金。鋁片薄膜與低表面能物質(zhì)之間以化學(xué)鍵的形式結(jié)合，使其結(jié)合力強(qiáng)于物理黏附形成的超疏水材料，因而增強(qiáng)超疏水鋁片的機(jī)械性能和延長其使用壽命O
[0012]本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。通過本發(fā)明的方法制備的超疏水鋁片與水的靜態(tài)接觸角均大于150°，滾動接觸角小于5°，放置4個月后該鋁片靜態(tài)接觸角無明顯變化，性能穩(wěn)定。通過本發(fā)明的方法獲得的超疏水鋁片不僅具有良好的超疏水性和自清潔功能，而且具有很強(qiáng)的防腐蝕能力。而且本發(fā)明的方法所用工藝設(shè)備簡單，便于操作，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，應(yīng)用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)例I中超疏水鋁片表面形貌圖(原子力顯微鏡圖)；
圖2是實(shí)例I中超疏水鋁片與水滴的接觸角圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0015]實(shí)施例1
首先，將鋁片(鋁元素含量為99，99%)依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干。隨后浸入lmol/L的氫氧化鈉水溶液中處理,時間為60s,取出后用去離子水沖洗,并吹干，接下來再浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸溶液中60s，取出后用去離子水沖洗，吹干。配制3mol/L的磷酸溶液作為電解液，然后以招板為陽極，鉛板為陰極通電進(jìn)行反應(yīng)?？刂品磻?yīng)溫度為0°C,恒電壓40V,反應(yīng)時間為15min。將反應(yīng)后的招片用去離子水清洗并吹干；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%的氨水中浸3h，取出后用去離子水沖洗并吹干；最后將鋁片浸入均是3mM/L的硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷溶液中24h，即可制備出具有超疏水性的鋁片。用接觸角測試儀測試該鋁片表面的潤濕性，結(jié)果表明與水的接觸角為155±1°。
[0016]實(shí)施例2
首先，將鋁片(鋁元素含量為99，99%)依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干。隨后浸入lmol/L的氫氧化鈉水溶液中處理,時間為60s,取出后用去離子水沖洗,并吹干，接下來再浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸溶液中60s，取出后用去離子水沖洗，吹干。配制2.6mol/L的磷酸溶液作為電解液,然后以招板為陽極,鉛板為陰極通電進(jìn)行反應(yīng)。控制反應(yīng)溫度為0°C，恒電壓38V，反應(yīng)時間為15min。將反應(yīng)后的鋁片用去離子水清洗并吹干；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%的氨水中浸3.5h，取出后用去離子水沖洗并吹干；最后將鋁片浸入均是3mM/L的硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷溶液中24h，即可制備出具有超疏水性的鋁片。用接觸角測試儀測試該鋁片表面的潤濕性，結(jié)果表明與水的接觸角為152±1°。
[0017]實(shí)施例3
首先，將鋁片(鋁元素含量為99，99%)依次用丙酮、乙醇超聲清洗，并用去離子水沖洗吹干。隨后浸入lmol/L的氫氧化鈉水溶液中處理,時間為60s,取出后用去離子水沖洗,并吹干，接下來再浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸溶液中60s，取出后用去離子水沖洗，吹干。配制
2.6mol/L的磷酸溶液作為電解液，然后以招板為陽極，鉛板為陰極通電進(jìn)行反應(yīng)。控制反應(yīng)溫度為0°C，恒電壓40V，反應(yīng)時間為30min。將反應(yīng)后的鋁片用去離子水清洗并吹干；在質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%的氨水中浸3h，取出后用去離子水沖洗并吹干；最后將鋁片浸入均是3mM/L的硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷溶液中24h，即可制備出具有超疏水性的鋁片。用接觸角測試儀測試該鋁片表面的潤濕性，結(jié)果表明與水的接觸角為154±1°。
【權(quán)利要求】
1.一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，其特征在于包括如下步驟: 一個將鋁片預(yù)處理的步驟，在室溫條件下依次用丙酮和乙醇超聲清洗鋁片，然后用去離子水沖洗，接著將鋁片放在氫氧化鈉溶液中堿蝕，再用去離子水沖洗，最后將鋁片置于硝酸溶液中酸蝕； 一個將鋁片表面氧化的步驟，將上述預(yù)處理后的鋁片作為陽極，以鉛板為陰極，在磷酸溶液中電解，電解液恒溫，使其表面生成氧化鋁薄膜； 一個將鋁片表面粗糙化的步驟，將步驟(2 )處理后的鋁片浸入氨水溶液中，鋁片被氨水腐蝕； 一個將鋁片表面修飾的步驟，將步驟(3)處理后的鋁片浸入硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺的正己烷混合液中，浸泡10~30h，取出用正己烷沖洗后即可獲得具有超疏水的鋁片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，其特征在于:步驟(I)中氫氧化鈉的濃度為0.5-2 mol/L，氫氧化鈉腐蝕的時間是0.5~2min ;硝酸的濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5~15%，硝酸腐蝕的時間是1-1.5min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，其特征在于:步驟(2)中磷酸溶液的濃度為2.5-4mol/L ;反應(yīng)溫度為-0.5~2°C，反應(yīng)時間為5min_2h，電壓為30-50V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，其特征在于:步驟(3)中氨水的濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)25~40%，氨水的浸泡時間是2-5h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種構(gòu)造高穩(wěn)定超疏水鋁表面的方法，其特征在于:步驟(4)中，硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺在正己烷中的濃度為2~4 mM/L，硬脂酸和二環(huán)己基碳二亞胺為任意配比。
【文檔編號】C25D11/24GK104451819SQ201410667574
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】張全生, 張建輝, 雷天輝, 程素貞, 尹佳佳, 馬可, 黃海軍, 賈李李, 張偉 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院