[发明专利]一种飞机超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机超疏水表面的制备方法。

背景技术

超疏水表面制备技术为从根源上解决飞机表面结冰提供了途径。该技术通过改变材料表面微观形貌及物理化学性质实现表面的疏水及防冰。通过构筑具有微纳米尺度的粗糙结构极大减少了过冷水滴与基底间的接触面积，减弱两者间的粘附力，同时，粗糙结构中内含的空气可以形成绝热层，降低液滴热量损失，延迟液滴在表面的结冰时间。表面涂覆低表面能化合物能有效降低水滴及冰从固体表面脱离所需能耗，减弱液滴及冰与基材间的附着力，达到易于除冰的目的。

实现超疏水表面在民用航空中的应用对实现高效、清洁、低能耗飞机防除冰，降低运营成本，提高飞行安全具有重要意义。

目前，在飞机表面制备防疏冰超疏水表面方法如下：利用化学刻蚀法，例如高浓度强酸(盐酸、氢氟酸)、强碱(氢氧化钠)在金属基底上刻蚀，形成具有微米精度的疏水结构；或者利用电化学腐蚀、等离子体刻蚀、激光刻蚀等方法在金属基材上制备出具有规整或者不规则形状的微米疏水微结构；其后，在疏水微结构表面涂覆纳米修饰膜，形成具有微纳米尺寸的粗糙结构。纳米修饰膜由低表面化合物(硅烷、硅氧烷、氟硅烷、脂肪酸等)、纳米颗粒及有机溶剂(乙醇、乙二醇、甲苯等)混合制备而成；或利用涂层、电沉积、镀膜等技术将含纳米颗粒的低表面能化合物涂覆在疏水金属表面；最后，将涂覆有纳米修饰膜的表面经高温烘烤处理，得到干燥清洁的超疏水表面。

利用上述方法制备的超疏水表面具有以下缺点：化学腐蚀法利用的高浓度强酸、强碱腐蚀性强，污染大，操作过程不安全；电化学刻蚀消耗大量电解液，且废液的回收处理不方便；等离子刻蚀，激光刻蚀等半导体表面刻蚀技术需要的操作设备昂贵，且操作复杂，对操作环境要求高，难以工业化应用。采用镀膜、涂层等技术将纳米颗粒及低表面能化合物涂覆在疏水表面，在多次的覆冰/融冰循环后，或表面在使用期间受到摩擦、冲击时，低表面能化合物及纳米颗粒很容易从表面脱落，表面抗磨性及机械稳定性差。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种飞机超疏水/防冰表面的制备方法。

本发明提供了一种超疏水表面的制备方法，步骤如下：

(1)取基材，用有机溶剂冲洗基材的表面，然后置于浓度为0.01mol/L–0.1mol/L的碱溶液或者氯化铜溶液中，反应5-20min；

(2)置于含有表面活性剂的水溶液中，浸泡10-60min，即可。

步骤(1)中，冲洗的次数为至少3次。

步骤(1)中，所述有机溶剂是无水乙醇、甲醇、丙酮或者甲苯；优选为丙酮或者甲苯。

步骤(1)中，所述碱溶液强碱溶液，优选为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液。

步骤(1)中，所述碱溶液或者氯化铜溶液的浓度为0.05-0.1mol/L；优选为0.1mol/L。

步骤(1)中，反应的温度为50～100℃；所述反应时间为10min～20min。

步骤(2)中，所述含有表面活性剂的水溶液为含氟硅烷的水溶液。

优选地，所述含氟硅烷为十七氟葵基三乙氧基硅烷、十七氟葵基三甲氧基硅烷,十三氟辛基三乙氧基硅烷,十二氟庚基三甲氧基硅烷、三氟丙基甲基二氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷及三氟丙基甲基环三硅氧烷中的一种或几种的混合物；优选为十三氟辛基三乙氧基硅烷或者三氟丙基甲基二氯硅烷。

步骤(2)中，所述溶液由表面活性剂与水混合而成，表面活性剂与水的体积比为5×10^-4-2×10^-3；优选为5×10^-4-1×10^-3。

步骤(2)中，浸泡的时间为20-50min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本方法对金属表面刻蚀无需使用高浓度强酸、强碱等腐蚀性强试剂，操作安全，环境友好，易于大规模工业化生产；

2、本方法操作简单，仅两步即可制得超疏水/防冰表面，无需使用昂贵设备，且表面活性剂用量少，极大降低了生产成本；

3、同传统超疏水/防冰表面制备工艺相比，纳米尺度的颗粒直接在疏水表面生长，抗磨强度高，不易于从表面脱落；

4、本方法制备的超疏水表面性能稳定，在多个结冰除冰循环后仍能保持较好的表面形态，疏水及防冰性能好。

本方法可以制备得到超疏水表面，防冰性能良好，而且制备工艺简便，表面活性剂的用量少，生产成本低廉，且环境友好，易于大规模工业化生产。