[发明专利]一种超疏水性铝合金滤网及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种超疏水性铝合金滤网及其制备方法与应用。本发明先采用聚焦的飞秒激光在空气中将铝合金背面刻出相互平行的缝以形成缝阵列，再在蔗糖溶液的辅助下通过聚焦的飞秒激光在铝合金正面诱导出密度可控的纳米乳突结构，然后采用聚二甲基硅氧烷处理铝合金正面使其变为超疏水性，制得超疏水性铝合金滤网，不仅解决了铝合金表面易氧化而导致油水分离效果变差的问题，还实现了表面超疏水、水下超亲油的改性目的以及高效油水分离的目的。

技术领域

本发明属于光、机、计算机、材料一体化的综合交叉领域，涉及一种润湿性-仿生微纳米结构新材料及其制备方法与应用，具体涉及一种超疏水性铝合金滤网及其制备方法与应用。

背景技术

表面具有纳米结构的材料在生产生活中的应用十分广泛，如表面具有纳米锥状结构的硅可在医学上充当抗菌材料，表面具有纳米突起结构的金属可应用水雾收集、防霜抗冻和油水分离等。

自然界中最著名的超疏水表面是荷叶和玫瑰花瓣表面，玫瑰花瓣表面随机分布着大量的微米级乳突结构，微型乳突上还覆盖着纳米级褶皱结构，低表面能的大量微纳结构可以储藏空气，形成一层“气垫”，从而实现超疏水。材料表面的微纳结构和表面自由能决定了材料的浸润性，通过飞秒激光在材料表面诱导出特殊的粗糙结构，再经过低表面能改性处理后，可实现材料亲水性向超疏水性的转变。

由于液体的热导率比空气的热导率高，激光在液体中烧蚀材料时更容易冷却，从而减少了热影响区和残余热损伤，同时热对流和气泡运动可以去除碎片，因此可以获得更清洁的材料表面。

随着工业社会的发展，污水排放、海洋石油泄漏等正严重影响生态环境。超疏水、水下超亲油的材料应用于油水分离具有选择性高、分离效率高、可分离重油等优点。

基于特殊浸润性材料的油水分离类型包括过滤型和吸收型两种，其中过滤型是通过重力驱动的油水分离系统，可细分为超亲水、水下超疏油和超疏水、水下超亲油两种。上述油水分离系统的滤膜一般是通过飞秒激光直接在空气中诱导出粗糙结构从而得到超亲水、水下超疏油特性，或者再通过氟硅烷修饰后得到超疏水、水下超亲油特性的。但飞秒激光在空气中烧蚀金属，表面等离子体波与入射激光的干涉效应会导致金属表面出现垂于激光偏振方向的亚波长周期性条纹结构，这使得想要获得干净清洁的特殊微纳结构变得困难。同时通过飞秒激光处理后实现超亲水、水下超疏油的金属滤网具有易氧化的问题，氧化后超亲水特性就会减弱导致油水分离效果变差。另外，材料低表面能改性通常用的是氟硅烷，其改性工艺复杂且有毒。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种超疏水性铝合金滤网及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种超疏水性铝合金滤网的制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用聚焦的飞秒激光在空气中将铝合金背面刻出相互平行的缝，以形成缝阵列；

(2)将步骤(1)处理后的铝合金淹没于蔗糖溶液中，再采用垂直于铝合金正面的聚焦的飞秒激光在所述铝合金正面进行线阵列扫描以诱导出纳米乳突结构，得到处理后的铝合金正面，其中所述线阵列扫描的方向与所述缝的方向垂直；

(3)将所述处理后的铝合金正面干燥后采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行处理，以形成聚二甲基硅氧烷膜，即得所述超疏水性铝合金滤网。所述制备方法在蔗糖溶液的辅助下通过飞秒激光成功诱导出了大量纳米级乳突结构，这些乳突结构的密度可以通过不同激光脉冲能量以及不同蔗糖溶液浓度来调节，然后在乳突表面通过热蒸发法覆盖上一层无毒的低表面能修饰剂PDMS，这样既诱导出了密度可控的特殊纳米结构，从而可以调控铝合金表面的粗糙度进而实现润湿性的调节，又通过一种无毒的表面改性方法解决了铝合金表面易氧化而导致油水分离效果变差的问题，最终实现了表面超疏水、空气中超亲油和水下超亲油的改性目的，实现了高效的油水分离。