[发明专利]微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及应用

说明书

本发明公开了一种微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及应用。以纯铝或者铝合金作为基体材料，首先用电化学刻蚀的方法，以NaCl溶液为电解液，在金属基体上构建出微米级粗糙结构，然后采用水热法，以一定浓度的六水合三氯化铝和三乙醇胺溶液为刻蚀液，在已有微米级结构表面继续刻蚀出具有‘针球’状结构的纳米级结构，随后利用十七氟硅烷进行低能化处理，最终获得具有微纳米分级结构的超疏水表面，其表面接触角均大于155°，滚动角小于5°。依据本发明提供的方法，制备的微纳米分级结构超疏水表面对促进超疏水表面形貌构建以及超疏水表面的工业化应用，尤其在防冰应用领域中具有重要实践意义。

技术领域

本发明属于金属基体表面处理技术领域，特别涉及微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及防冰应用。制备的微纳米分级结构对促进超疏水表面形貌构建以及超疏水表面的工业化应用尤其在防冰应用领域中具有重要实践意义。

背景技术

润湿性是用来衡量疏水材料的重要性质之一，无论是在自然界还是在人类生活中都发挥着巨大作用。润湿性主要是由固体表面的化学性质和微观结构共同决定，通常是用液滴在固体表面的接触角(包括静态接触角、滚动角、前进角、后退角等)来表征。一般认为，水接触角θ＜90°的材料表面亲水，90°＜θ＜150°的材料表面疏水，而θ＞150°的材料表面定义为超疏水表面。一方面，由于超疏水表面具有优异的自清洁性、防腐蚀性、流体减阻、防覆冰以及防水性能，其在日常生活、公共建筑，乃至航空等方面有着广泛的应用；另一方面，作为一种典型的界面现象，表面浸润性在界面化学、物理学、材料学、界面结构设计以及其它交叉学科的基础研究中也有极为重要的研究价值，因而超疏水材料的制备已经成为人们研究的热点。

自然界有很多超疏水现象，如荷叶表面、水黾的腿部、蝉和蝴蝶的翅膀等都具有明显的超疏水特征，在宏观上这些组织或者器官均表现出水的极难浸润与挂壁，其原因在于它们的表面具有超疏水性的化学组成与结构。研究表明，材料表面的超疏水特性主要取决于表面自由能及粗糙度，通过表面化学组成与表面微观结构的协同作用，可实现超疏水表面的有效制备。因此，当前主要是通过低表面自由能修饰剂修饰微观粗糙结构表面或者在低表面自由能材料基体表面加工微观粗糙结构来实现超疏水表面的制备。近年来，超疏水表面的制备方法发展较快，常用的有溶胶-凝胶法、模板法、化学气相沉积法、静电纺丝等，且制备的超疏水表面呈现出较高的超疏水性能，尤其是在滚动角调控方面具有较为深入的研究。然而，当前方法制备出的超疏水微结构表面，大多需要较为复杂的工艺路线，且用到大量化学试剂和大型设备来对基体材料进行处理，才能得到疏水效果比较好的结构，另一方面，制备的微结构具有较低的附着力，呈现出较差的性能稳定性。因此，开发出一种较为简易的超疏水表面的制备方法显得尤为重要。

由于超疏水表面微结构与基体之间的结合强度低，以及生产成本太高的关系，限制了超疏水材料真正大量投入实际应用，因此，在已有研究的基础上，开发出一种低成本的分级结构超疏水表面的原位构建方法对于超疏水材料表面微观形貌构建以及超疏水材料工业化应用尤其在防冰应用领域中具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法及应用，可实现材料表面具有优异疏水性能的目的。

针对现有制备超疏水表面的方法，本发明提供一种新型分级结构超疏水表面的原位构建方法，包括以下步骤：

一种微纳米分级结构超疏水表面的原位构建方法，包括以下步骤：

1)以纯铝或者铝合金为基体材料，对基体材料进行预处理；

2)通过电化学刻蚀的方法，以NaCl溶液为电解液，并调节相应的工艺参数，在基体表面构建层状微米级结构；

3)利用水热法，在一定浓度的六水合三氯化铝和三乙醇胺的混合液中，在步骤2)制备出的层状微米结构表面继续刻蚀出具有‘针球’状结构的纳米级结构，形成微纳米分级结构表面。