[发明专利]一种超疏水金属表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水金属表面的制备方法，特别是涉及一种采用直接打磨，热 处理，低表面能物质表面处理后在金属上制备超疏水性表面的方法。

背景技术

随着疏水表面“荷叶效应”的发现，超疏水材料的广泛用于自清洁，防冻防雾，防腐 抗阻，微流体芯片，无损液体输送等方面，展示了超疏水材料的广阔运用前景。

目前，超疏水表面的制备大多采用电化学腐蚀法或化学腐蚀法构建超疏水表面所 需粗糙结构。电化学腐蚀法通过阳极氧化制备规则的粗糙表面，然后使用低表面能物质改 性制备超疏水表面。该方法适用的材料范围广，可控性好，但条件相对苛刻，所使用的电解 液大多是腐蚀性较强的酸或碱的混合液，电解液的消耗量较大，废液回收处理麻烦，不利于 工业化的生产。化学腐蚀法常先采用硝酸，盐酸，氢氟酸等通过化学腐蚀来形成表面粗糙结 构，然后再用热处理来构建表面的纳米结构，最后用低表面能物质改性制备超疏水表面。化 学腐蚀法简单易行，但用作腐蚀液的物质都具有强的腐蚀性，废液处理麻烦限制了化学腐 蚀法的发展。

此外，一些新技术也被运用到了超疏水的表面的制备领域，例如激光刻蚀制备具 有微纳结构的硅表面，以得到超疏水表面；分子自组装技术用于制备超疏水材料，以及如蒸 汽诱导相分离法、模板印刷法、电纺法、溶胶-凝胶法、模板挤压法、等离子体刻蚀法、拉伸法 以及其他方法用于制备超疏水材料。这些技术就目前来说，因其设备昂贵操作复杂，主要停 留在实验室阶段，难以实现工业化，规模应用困难。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种超疏水金属表面的制备方法。利用 直接打磨预处理和热处理在金属表面得到具有纳米尺度结构的粗糙金属氧化物层，通过低 表面能物质改性得到超疏水表面。本发明简单易行，使用的化学试剂少，而且没有使用任何 具强酸性、强碱性或强腐蚀性的试剂，易于实现工业化规模生产，经济环保。

本发明的关键在于利用简单打磨的表面预处理和热处理的方法结合在金属表面 构建粗糙结构，再通过低表面能物质改性在金属表面获得超疏水特性。

本发明所采用的技术方案是：

1）在铁或铝或铜或钛或镍或其合金的金属基体表面，通过砂纸或砂轮或喷砂打磨到具 有粗糙结构的表面，打磨后金属表面应保持有可见划痕；

2）打磨后的表面通过采用丙酮、无水乙醇等清洗干燥后，将其置于加热装置中，以1-20 ℃/分钟的升温速率加热到200-1000℃下，热处理0.1-24小时，然后自然冷却，在粗糙表面 通过热处理生成金属氧化物层；

3）将经打磨和热处理的金属浸没入硅烷或硅氧烷或氟硅烷或氟烯烃或硫醇或聚烯烃 或脂肪酸或油或蜡或上述物质的混合物纯物质或其乙醇或甲醇或丙醇或乙二醇溶液中，在 搅拌速度为0-2000转/分钟下浸泡5秒-24小时，常温-200°C下固化5秒-24小时后自然冷却； 或将硅烷或硅氧烷或氟硅烷或氟烯烃或硫醇或聚烯烃或脂肪酸或油或蜡或上述物质的混 合物纯物质在温度30-300°C下加热挥发，将经打磨和热处理的金属置于挥发的上述物质上 方5秒-24小时后自然冷却；通过上述方法，即得到具有超疏水性表面的金属。

本发明的主要优点在于：

1.本方法相比于常见的超疏水表面制备方法腐蚀法，所使用化学试剂主要为少量低 表面能改性剂，过程基本无污染，环境友好性高，操作过程安全。

2.本方法简单，只需打磨和热处理就可以实现表面的微米和纳米结构，不需昂贵 的设备，制备流程简单，易于实现工业化大规模生产。

3.本方法可在常用的工程金属如铁，铜，铝，钛，镍及其合金上规模制备超疏水表 面，成本低廉，应用前景广阔。

附图说明

图1为具体实施方案一中打磨方式示意图。

图2为具体实施方案一中超疏水铁片表面形貌和疏水性图。

图3为具体实施方案二中超疏水表面的静态接触角图。

图4为具体实施方案三中超疏水表面的静态接触角图。

图5为具体实施方案四中熏蒸示意图。

图6为具体实施方案四中超疏水表面的静态接触角图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明涉及一种超疏水金属表面的制备方法作进一步的说明， 但本发明不仅限于下述实例。