[发明专利]一种铝箔仿生纳米结构超疏水抗结露功能表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝箔仿生纳米结构超疏水抗结露功能表面的处理方法。

背景技术

铝箔具有质轻、易加工、导热性能好、价格便宜等优点，是空调换热器（包括蒸发器和冷凝器）的主要材料。对于没有表面处理的光箔，制冷时，当表面温度低于环境空气的露点时，铝箔结露现象随之发生，从而引起水桥、白粉、异味等问题。这不但降低了机器的换热性能和使用寿命，而且还增加了能耗，同时给室内环境也带来污染，危害人体健康。此外，空气制冷系统中的管道表面、冷辐射板表面、送风口表面、风道和水管表面等也都容易出现凝露。

铝箔表面亲水处理是解决结露问题的常用手段，冷凝水在这种表面呈铺展的膜状，接触角小于10°，可显著减少换热器的翅片间水桥的产生，提高换热效率。但是，亲水铝箔仍存在如下局限性：（1）亲水涂层一般为纯有机涂覆材料，厚度可达几个微米厚，降低了原有铝箔的导热性；（2）亲水箔表面水膜不易滑落，增加了涂层的热阻；（3）亲水箔表面能高，“湿”水膜的存在使得其易腐蚀，也易吸附污染物。

自20世纪90年代以来，固体表面超疏水性（与水滴接触角大于150°，滚动角小于10°）一直是国际研究的前沿和热点之一，因为表面微细结构和低自由能赋予这种表面自清洁和耐腐蚀等优良特性。但是，众多研究表明，微米级的冷凝水滴可破坏超疏水表面微米结构捕获空气形成“空气垫”，从而使其失去超疏水性。最近的一些试验研究发现，聚四氟乙烯涂覆的碳纳米管森林、超疏水氢氧化铜纳米结构表面可形成球状的微米级冷凝水滴，且易脱落。同时，研究显示，蚊子复眼由数百个密排六方的微米级半球状小眼构成，这些小眼表面还覆盖有无数非密排的柱状纳米凸起，这种特殊的构成使得蚊子眼具有防雾功能。此外，Nakae等[Nakae, H.; Inui, R.; Hirata, Y.; Saito, H. Acta Mater.1998, 46, 2313]通过改进的Cassie非润湿模型，从理论上研究了二维密排微米球阵列的润湿性，认为阵列微米球的尺寸对接触角有很大影响。对于亚微米级结构，尺寸越小，该结构表面的接触角越大。由此可见，具有一定粗糙度的密排堆积纳米颗粒结构可获得超疏水表面，并且能使得微米级水滴仍然保持球状，从而显示抗结露特性。同时，这种表面还将具有超疏水表面的自清洁和耐腐蚀等特性。

经过多年的发展，目前已有多种铝及铝合金超疏水表面的制备方法，但由于铝箔很薄，在其表面构建超疏水性的方法并不多见，只有Xu等[Xu, Q. F.; Wang, J. N. New J. Chem.2009, 33, 734]报道的溶胶-凝胶法、Liu等[Liu, L. J.; Zhao, J. S.; Zhang, Y.; Zhao, F.; Zhang, Y. B. J Colloid Interf. Sci., 2011, 358, 277.]提出的勃姆石薄膜法以及Wu等[Wu, W. C.; Wang, X. L.; Wang, D. A.; Chen, M.; Zhou, F.; Liu, W. M.; Xue, Q. J Chem. Commun.2009, 1043]的生长纳米线法。对于在铝箔表面构建密排堆积的纳米球结构，则未见任何报道。

发明内容

本发明提供一种能够形成密排堆积的纳米球结构、对铝箔的损伤小且表面粗糙度小的铝箔仿生纳米结构超疏水抗结露功能表面的处理方法。

本发明采用如下技术方案：

一种铝箔仿生纳米结构超疏水抗结露功能表面的处理方法，包括如下处理步骤：

（1）前处理：将铝箔经丙酮、去离子水超声清洗，吹干后浸入1mol/L的NaOH水溶液中处理30-60s，然后依次用乙醇、去离子水清洗，吹干后备用；所述铝箔厚度小于0.1mm，铝元素含量为99.5%；

（2）阳极氧化处理：以磷酸和丙三醇的混合水溶液为电解液，以镍片为阴极，以铝箔为阳极，两极平行正对放置，面积比为1:1，间距20mm，在室温及恒电流模式下进行阳极氧化，所述电流密度为3.2-4.8mA/cm²，氧化时间120-150min。阳极氧化结束后，取出铝箔，用乙醇、去离子水清洗并吹干，所述的磷酸和丙三醇的混合水溶液采用以下方法配制：将磷酸分析纯和丙三醇先后加入去离子水中，得到磷酸和丙三醇的混合水溶液，其中磷酸的浓度为127-255g/L，丙三醇的浓度为50-150g/L；