[发明专利]一种超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水表面的制备方法，尤其是涉及一种采用纳米氧化锌结构的超疏水表面制备方法。

背景技术

超疏水表面具有不沾水，自清洁等特性，是新型环保材料、生物医学芯片、液体透镜、电润湿显示等微流控领域的基础制备工艺。实现超疏水表面主要有两种途径：一是采用低表面自由能的材料修饰表面，例如采用聚四氟乙烯等材料涂覆在表面；二是制备具有微米和纳米结构的表面，例如莲花叶子表面具有的微米和纳米尺度混合的结构。采用微米和纳米结构的表面可以实现接触角大于150度的超疏水表面。但是目前基于微米和纳米材料的加工方法主要是采用半导体加工工艺，制备成本高，且大面积制备较为困难。正是针对上述问题，本发明提出一种超疏水表面的制备方法，其加工成本低，可以实现大面积制备。

发明内容

技术问题：为了克服现有纳米结构超疏水表面制备成本高，大面积制备困难等问题，本发明提供一种超疏水表面的制备方法，该制备方法加工成本低，可以实现大面积制备。

技术方案：本发明超疏水表面的制备方法采用由器皿、电泳液、导电阳极、加工表面和直流电源组成的制备装置，电泳液中加入四针氧化锌，待加工表面与直流电源的阴极相连，导电阳极与直流电源的阳极相连，并与加工表面平行放置，四针氧化锌通过电泳沉积在加工表面，电泳速度由直流电源控制，电泳完成后，加工表面采用高温烘干，烘干后的加工表面涂覆一层低表面自由能材料。

所述的外加直流电源的电压范围为小于300v，加载时间范围为10秒～10分钟。

所述的导电阳极与加工表面平行放置，且具有相似的表面结构，间隔范围为0.5cm～20cm。

所述的导电阳极是导电的金属，或是覆盖有导电层的非导电材料。

所述的电泳液的组成是，以异丙醇为溶剂，加入浓度为1×10-2～1×10-6M/L的Mg(NO3)2·6H2O，再加入浓度为0.1g/L~5g/L的四针氧化锌。

所述的四针氧化锌的尺寸范围为10nm～100um。

所述的高温烘干的温度范围为100度～500度。

所述的低表面自由能的材料采用Teflon AF或Cytop。

有益效果：本发明采用电泳法在加工表面形成一层纳米结构的四针氧化锌，该方法制备成本低，适合大面积制备。

附图说明

图1是电泳法制备超疏水表面的示意图。

以上图中有：器皿1、电泳液2、导电阳极3、加工表面4、直流电源5。

具体实施方式

图1中所示是本发明制备超疏水表面的加工方法示意图。超疏水表面主要通过电泳法进行制备。主要由器皿1、电泳液2、导电阳极3、加工表面4和直流电源5组成。在外加直流电源5(电压范围大约为：＜300v)的作用下，电泳液中的纳米颗粒在外加场强的作用下，在加工表面4沉积。为了使沉积厚度均匀，导电阳极3与加工表面4平行放置，间隔范围大约为0.5cm～20cm，且具有相似的表面结构，导电阳极3可以是导电的金属，例如铜、银等，也可以是覆盖有导电层的非导电材料，例如覆盖有ITO、铜膜的玻璃基板，加工表面4可以是任意形状的任意材料，但其表面需覆盖有导电层，导电层与直流电源5的阴极相连，例如带有ITO导电层的平板玻璃，或各种导电的金属材料，例如铜、银等。传统的一维纳米结构，例如纳米碳管，在加工表面4沉积后，其一维纳米结构的方向通常与加工表面4相平行，从而无法达到超疏水效果所需的粗燥程度。为了使沉积的纳米结构与加工表面4相垂直，本发明优选四针氧化锌颗粒制备电泳液2，例如电泳液2的组成可以是，以异丙醇为溶剂，加入浓度为1×10^-2～1×10^-6M/L的Mg(NO₃)₂·6H₂O，再加入浓度为0.1g/L~5g/L的四针氧化锌。由于四针氧化锌具有对称的四面体结构，四针氧化锌在加工表面4沉积后，始终有一针的方向与加工表面4的法线方向相平行，即垂直于加工表面4，从而形成粗燥的具有纳米结构的表面。加工表面4四针氧化锌的沉积厚度和密度与电泳液2的浓度、直流电源5的电压大小和加载时间长度、四针氧化锌的尺寸大小等因素有关。本发明优选的直流电源5加载时间范围为10秒～10分钟，四针氧化锌的尺寸范围为10nm～100um。电泳后的加工表面4可以进一步放入高温炉中进行干燥和烘干。高温炉的温度范围为100度～500度。

采用图1中电泳法制备的覆盖有四针氧化锌的表面具有超亲水特性。为实现超疏水特性，还需采用低表面自由能的材料进一步包覆四针氧化锌，例如采用Teflon AF或Cytop涂覆在四针氧化锌的表面，并采用100度～350度的高温进行烘干和固化，或采用真空蒸镀的方法在四针氧化锌的表面蒸镀一层聚四氟乙烯。通过覆盖上述低表面自由能材料，便可以实现接触角大于150度的超疏水表面。