[发明专利]一种超疏水材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水材料及其制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

自然界中的生物经过几十亿年的进化，发展成千差万别、绵丽多彩的生物圈。这些不同种类的生物拥有各自独特的机体结构，形成不同的功能，让人们惊叹它们的神奇。這些神奇的生物不仅构成了我们美丽的世界的一部分，而且也为人类的科学研究提供了范本，很多新材料的诞生都是源于对生物结构的模仿。在众多的生物现象中，超疏水现象早就为人们所发现并关注，其中最具有代表性的就是荷叶的超疏水现象。水落在荷叶表面会聚集成一颗颗的水滴，并不铺展开，而且随着荷叶在风中摇摆，水滴也在荷叶上滚动，将荷叶表面的灰尘、泥土“收集”起来一起带走落入周围的水中。“出游泥而不染”正是古人对荷叶的这种超疏水和自清洁特性的描述，而近代学者称之为“荷叶效应”。对荷叶表面的微观结构进行了详细的研究后，科研人员发现荷叶的超疏水现象是因为其表皮覆盖一层蜡质层，水不容易润湿这层蜡质层。并且荷叶表面具有分层结构，由直径5-9um的乳突构成微米结构，乳突的表面又具有树权状的纳米结构。这种微米/纳米分层结构会捕获空气，隔开水滴和荷叶表面，所以荷叶上的水滴实际上大部分是与空气直接接触。

自然界中的超疏水现象不仅局限于荷叶表面，很多动植物结构都具有类似的疏水性能。动物中有水黾的腿、蚊子的复眼结构、蜂翼、蛾翅等，植物中有水稻叶、甘蓝叶、芋头叶等。生活中比较常见也比较明显的生物疏水现象当属水黾了。在夏天的池塘水面上，经常能看到水黾，它能稳当的停留在水面，并且能在水面上快速移动，如履平地，这都是因为它的腿部结构特殊，具有超疏水性。蚊子的复眼结构使它具有绝佳的视力，同时其特殊的结构具有防雾的作用，使得它在潮湿的环境下也能自由飞行。水稻叶具有各向异性的表面超疏水特性，使得水滴在沿叶片生长方向滚动很容易，而沿垂直叶片生长方向滚动则比较难。

自然界的生物为了生存的需要而进化出这些神奇的结构，表现出超疏水性能，为我们研究表面材料提供了优秀的参考模板。由此发展而来的仿生学研究则可进一步将这些结构应用到人工制造物上，使之具有超疏水性，为我们的生活、生产及进一步的探索自然提供便利。

由于超疏水表面特殊的润湿性，水滴在其表面很难粘附，所以超疏水表面在防水、防雾、防冰冻、自清洁、防生物污染、药物投递、减小流体输送阻力、抗腐蚀、电池和油水分离领域都有巨大的应用潜力，但是目前超疏水表面材料的研究还有一些不足之处，比如制备方法复杂、工艺要求高、批量生产有困难以及使用稳定性不高，引起科学界和工业界的广泛关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对超疏水表面材料的研究还有一些不足之处，比如制备方法复杂、工艺要求高、批量生产有困难以及使用稳定性不高的问题，提供了一种超疏水材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超疏水材料，其特征在于，它包括基材和低表面能层，所述基材为表面微纳结构铝合金，所述低表面能层为经改性液挂载的低表面能纳米二氧化硅层。

所述表面微纳结构铝合金为将铝合金打磨、抛光、脱脂、除油、除钝化层后用蚀刻液浸泡，蚀刻出微米级结构表面，再将铝合金浸泡在沸水中后再迅速浸入液氮中，在微米级结构表面上进一步蚀刻出纳米级结构表面制得。

所述铝合金为碳化硅/铝合金，碳化硅含量为30～45%。

所述蚀刻液由下述重量份原料组成：16～32份质量分数为35%盐酸，1～2份质量分数为40%氢氟酸，20～40份去离子水。

所述改性液由下述重量份原料制得：取20～30份正硅酸乙酯，2000～3000份无水乙醇，200～300份质量分数为1%盐酸混合均匀，再滴加20～30份十七氟癸基三甲氧基硅烷，在40～50℃恒温水浴下搅拌2～5h制得。

具体步骤为：

S1.将铝合金打磨、抛光、脱脂、除油、除钝化层，得预处理铝合金；

S2.按配方量配置蚀刻液；

S3.将预处理铝合金浸泡在蚀刻液中20～30s后取出，再浸泡在温度为95～100℃去离子水中反应3～5min，取出并迅速转入液氮中1～3min，取出干燥得表面微纳结构铝合金；

S4.按配方量配置改性液；

S5.将表面微纳结构铝合金浸泡在改性液中1～2h，取出转入真空干燥箱中，在120～130℃下干燥1～2h，冷却至室温得超疏水材料。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：