[发明专利]基于液滴自弹跳效应的超疏水表面的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种基于液滴自弹跳效应的超疏水表面的制备方法及应用，包括以下步骤：S1、金属基体预处理；S2、高温氧化，在金属基体上构建粗糙表面；S3、在步骤S2所获得的粗糙度的结构表面修饰低表面能物质，制得具有液滴自弹效应的超疏水表面。本发明利用超疏水表面的液滴自弹跳效应抑制表面雾滴的形成，并促进雾滴由部分润湿态向悬浮Cassie态的转化，从而维持空气层的稳定存在，提高表面的大气腐蚀防护性能。该发明首次证实了超疏水表面液滴自弹跳效应在降雾所致大气腐蚀防护中应用的可行性，利用液滴自弹跳效应不需要外力即能自发产生，是一种新颖的主动防腐手段；其制备方法简单，快速，不需要昂贵的设备，试剂无环境危害。

技术领域

本发明涉及金属防腐技术领域，具体地说是一种基于液滴自弹跳效应的超疏水表面的制备方法及应用。

背景技术

大气腐蚀是自然界中最普遍的腐蚀形式，不仅造成了巨大的经济损失，而且产生了严重的安全威胁。据统计，80％的金属构件在大气环境中使用，世界各国每年因大气腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的1.5％～3％。因此，开发新型高效的大气腐蚀防护材料，保证大气区各种工程设施的安全性和耐久性，降低重大灾害事故的发生，是我国经济发展中迫切解决的关键性问题和共性问题。

目前用于大气腐蚀的防护方法有很多，如涂刷有机涂层，金属镀层，掺杂合金元素等。这些方法都是基于提高材料自身的耐蚀性或将基底与腐蚀介质相隔离。随着暴露时间的延长，腐蚀介质可能会渗入基底从而诱发腐蚀。从大气腐蚀的机理看，大气腐蚀主要涉及空气中的水，氧或其它腐蚀性介质(如水中的杂质，烟雾，尘埃，表面沉积物等)的共同参与，是一种发生在液膜/滴下的电化学腐蚀。液膜/滴的存在是发生腐蚀的重要前提。因此，阻止液膜/滴在材料表面的形成是解决大气腐蚀问题的有效手段之一。

仿生超疏水表面可以有效阻止表面液膜/滴的形成。研究证实，由于超疏水表面的“荷叶效应”，潮解的NaCl盐粒，雨滴等可以从倾斜的超疏水表面滚落，从而避免了因盐粒潮解，降雨等作用引起的大气腐蚀。但是超疏水表面的“荷叶效应”只适用于外力作用下(如风吹，重力等)的超疏水表面，这不可避免地限制了它们在实际环境中的应用。

近期，人们又发现了在特定超疏水表面的液滴自弹跳现象。超疏水表面的液滴自弹跳现象是系统内部的一种能量转化，它可以自发的产生。弹走的液滴可以有效减少表面液膜/滴的生成，从而可能对表面的大气腐蚀防护性能产生影响。降雾是大气环境中一种普遍的液滴形成方式，抑制雾滴在表面的形成对表面的腐蚀防护具有重要意义。目前为止，超疏水表面液滴自弹跳效应主要应用在冷凝热转化，静电能量捕获，自清洁等领域。液滴自弹跳效应在降雾所致大气腐蚀防护中的应用的可行性，仍未有报道。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，提供一种基于液滴自弹跳效应的超疏水表面的制备方法及应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1、本发明提供一种基于液滴自弹跳效应的超疏水表面的制备方法，包括以下步骤：

S1、金属基体预处理

将金属基体超声清洗后，除去表面杂质及氧化物，氮气吹干备用；

S2、高温氧化，在金属基体上构建粗糙表面

配制次氯酸钠(NaClO₂)，氢氧化钠(NaOH)和磷酸钠(Na₃PO4·12H₂O)的混合溶液，将步骤S1预处理后的金属基体采用高温氧化，在金属基体上构建具有一定粗糙度的结构表面，待反应完成后，清洗粗糙结构的表面，后用氮气吹干；

S3、表面修饰，制备具有液滴自弹跳效应的超疏水表面

在步骤S2所获得的具有一定粗糙度的结构表面修饰低表面能物质全氟硅烷，制得具有液滴自弹效应的超疏水表面。