[发明专利]基于表面纳米阵列结构的高疏水性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米技术领域的材料及其制备方法，具体是一种基于表面纳米阵列结构的高疏水性材料及其制备方法。 

背景技术

目前汽车骨架、建筑外壁等很多采用金属制成，但是金属存在的一个很大缺点是容易腐蚀、同时易沾染灰尘。据统计全世界现存的金属设备大约每年腐蚀率为10％。而腐蚀很大程度上是因为金属表面的水导致的。为了解决这一问题，一个很好的方法是制成疏水性金属表面，即让金属表面不沾粘雨水，从而使得腐蚀不易发生。在自然界中，具有优异疏水性能的物体之一是荷叶。研究发现，荷叶具有十分优越的疏水性，其机理主要在于它的双微观结构，一方面是由细胞组成的乳瘤形成的表面微观结构，即具有一定的粗糙度；另一方面是表面附着一层疏水性物质-蜡，本身具有不沾水性质。很多人尝试模仿荷叶这一结构进行材料的疏水性改造。但是往往只能达到一部分的效果：目前市场上疏水物质大多仅利用材料本身的疏水性质，并没有考虑结构因素。 

经过对现有技术的检索发现，专利申请号200710192406.4中记载了一种EVA超疏水膜的制备方法，用EVA粉末、碳酸氢铵等物质反应并干燥得到一层白色涂层，该涂层具有疏水性能。在《含氟丙烯酸酯共聚物乳液的结构与性能》一文中，作者采用可反应乳化剂，合成稳定的甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物乳液，经过干燥烘干处理后得到乳胶膜，具有一定的疏水性。但是这些方法普遍存在着以下问题：(1)需要繁多有机物或无机物反应前驱体，工艺复杂、成本较高，难以产业化；(2)仅仅利用物质本身的疏水性，并没有模仿荷叶的表面凹凸结构因素，必然疏水效果不会很高。因此，发明一种简单低成本、且同时将结构因素、物质的疏水性因素综合考虑制备疏水表面是非常有必要的。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于表面纳米阵列结构的高 疏水性材料及其制备方法，在纳米尺度针状阵列的表面具有一层疏水层，结构特点和材料本身的疏水性能共同作用，产生了非常优异的疏水性能；基于电化学方法，通过添加特殊的结晶调整剂，控制电沉积过程等手段，使结晶按纵向优先成长，从而在材料表面形成纳米针阵列结构，再利用电泳涂漆方法在纳米针阵列表面沉积一层有机或无机疏水物质，从而达到整个材料的疏水性。方法简单、成本低廉，同时对底材形状，材质无特殊要求，实验表明材料与水的接触角比普通疏水材料高50％。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

本发明涉及基于表面纳米阵列结构的高疏水性材料包括：纳米针阵列和疏水薄膜，其中：疏水薄膜附着于纳米针阵列的表面。 

所述的纳米针阵列的高度为0.05～0.4μm，该纳米针阵列包括若干垂直于金属基材纵向生长排列紧密的纳米针，所述的纳米针为底部直径0.05～0.2μm的圆锥状结构。 

所述的疏水薄膜的厚度为5～50nm，该疏水薄膜为有机物或无机物制成，能完全覆盖纳米针阵列且同时保持针状结构的形貌完整。 

本发明涉及上述基于表面纳米阵列结构的高疏水性材料及其制备方法，包括以下步骤： 

第一步、选取金属基材，将金属基材依次进行表面除油处理和酸洗处理。 

所述的金属基材是指铜、铝或铁制的板材； 

所述的表面除油处理是指将金属基材表面粘附的油污有机物质去除的处理工序。 

所述的酸洗处理是指将金属基材表面的氧化物层用酸液去除的工序。 

第二步、将金属基材放入电镀槽中作为阴极，将镍金属片或不溶极板作为为阳极，并用导线将阳极、阴极、电镀电源和电镀液串联构成回路，然后设定电镀电流密度及电镀时间，进行电沉积。 

所述的电镀液的组分及其浓度为氯化镍或硫酸镍0.1～2.5mol/L、络合剂0.1～2mol/L、硼酸0.1～1.0mol/L以及结晶调整剂1～1000ppm； 

所述的电镀液的溶液温度为25～60℃，pH＝3.5～6.0； 

所述的络合剂是指：脂肪酸类、磺酸盐类或含胺基、羟基官能团的有机络合剂。 

所述的结晶调整剂是指：由Cu、Ag、Pd、Au、Zn、Sn或Ca与Y、La、Ce或Eu稀土金属离子构成的稀土金属盐。 

所述的电镀电流密度为1A/min～10A/min； 

所述的电镀时间为2min～20min。