[发明专利]一种无氟超疏水金属铝表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无氟超疏水铝表面的制备方法，制备的超疏水铝表面接触角可达到163°，并能在室温、冷凝及酸碱性条件下保持超疏水性长期稳定。

背景技术

近年来，具有超疏水性的金属表面因其在生产生活以及基础研究领域广泛的应用而受到人们的关注。超疏水表面用到金属材料上，可以起到防污、防锈、抗氧化的效果；超疏水表面用于船舶潜艇的的舱体，可以降低与水流之间的摩擦力；用于飞机和雷达的外壳，可以提高表面的防腐性能，延长使用寿命；超疏水表面用于微量注射器针尖上，可以消除昂贵药品在针尖上的粘附及由此带来的损失。

根据Cassie-Wenzel理论，所谓超疏水表面，一般是指与水滴的接触角大于150°的表面，水滴在这种固体表面极易滚落。接触角大小主要由固体表面的化学成分和微观结构共同决定。目前，科学工作者已经在各种各样的材料上尝试创造超疏水性能，比如玻璃、硅片、金属、陶瓷等。其中工程金属材料铝的应用尤为普遍，所以，以金属铝作为基底构造超疏水表面的方法如何得到不断创新，是摆在科研工作者面前的一个巨大挑战。

目前，制备超疏水表面一般需要满足表面结构和表面化学组成两方面的要求，即在表面构造出微-纳米双层结构和降低表面能。虽然制备粗糙结构表面方法很多，但就金属铝而言，现用的这些特殊原料或者方法，其加工设备昂贵，操作过程复杂，使其实际应用受到了限制。所以研制能真正应用的超疏水表面来满足社会发展的需要具有重要的理论和实际意义。

在超疏水表面制备技术中，大多使用含氟聚合物来降低表面能以达到构建超疏水表面的目的，即以终端官能团为-CF₃的物质来修饰表面，但是含氟类聚合物合成条件苛刻，成本较高，并且对人和环境都有危害，不适于长期大面积接触，因此，制备无氟环境友好型超疏水表面引起了科研工作者的重视。肖旭东课题组曾将硬脂酸通过化学吸附作用，成功的在涂覆了聚乙烯亚胺的铝片上制备了超疏水表面(Sili Ren，Xudong Xiao.etal.Surf.Sci.，2003，546：64-74)。但是此方法较繁琐，反应条件严格且反应时间长，因此不适宜大面积推广应用。中国专利CN200810056012在固体表面先用高功率溅射仪沉积一层金属铜薄膜，然后采用小功率溅射法对金属铜薄膜表面进行溅射沉积，沉积后能获得超疏水表面，但是由于需进行化学沉积，导致工艺复杂，成本较高而且实用性较差。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种无氟超疏水铝表面的制备方法。本发明以金属铝为基底，将金属铝片浸泡到己二胺溶液中发生化学反应，从而在铝表面构造出类荷叶状的微-纳米复合结构，再用十八烷基三乙氧基硅烷修饰后，得到的铝表面具有超疏水性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种无氟超疏水金属铝表面的制备方法，包括以下步骤：

a.依次用甲苯，丙酮，无水乙醇对金属铝片进行清洗，分别超声20分钟，清洗完之后浸泡在无水乙醇中备用；反应之前用干燥的N₂吹干；

b.配制己二胺水溶液，将a步骤洗净的金属铝片竖直浸入己二胺水溶液中，在恒温烘箱中于70℃～180℃下进行反应1～2小时，待反应结束后，取出浸入己二胺溶液中的铝片并用大量二次水反复冲洗，然后放入烘箱中烘干，取出备用；

c.配制体积比为V∶V＝1∶100的十八烷基三乙氧基硅烷的无水乙醇溶液，将经过b步骤烘干的铝片浸入其中，室温下放置48小时之后取出，接着用大量无水乙醇清洗，然后于120℃下烘干1小时，得超疏水铝片表面。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用对人体和环境均无危害的十八烷基三乙氧基硅烷对基底表面进行修饰，通过与基底之间的化学键作用，得到了疏水性很好的表面，其疏水效果优于文献报道，而且有非常好的环境稳定性。相对于目前普遍被选用的氟硅烷而言(参见文献：Qian B.Langmuir，2005，21：9007)，该技术环保无污染，而且所得表面的实用性强。

2、本发明制备工艺简单，相比专利CN1814862A中提到的一种采用喷砂来改变金属表面形貌然后表面涂覆低能物质来获得超疏水表面的方法，本发明设计的技术反应条件易控制，技术可操作性重复性好，易于实现工业化生产，且获得的超疏水表面性能优异。

附图说明

图1为本发明的实验装置示意图。