[发明专利]一种超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏水表面的方法。 

技术背景

表面润湿性是材料界面的一个重要性质，具有特殊表面润湿性的界面材料，如与水的接触角超过150°的超疏水表面，由于在学术研究和工业中都具有很重要的意义，正成为材料表面润湿性领域的研究热点之一。人们对于超疏水现象的研究开始于20世纪50年代，1997年，德国生物学家Neinhuis和Barthlott （Planta 1997, 202：1-8）对自然界荷叶的超疏水现象进行了研究，首次细致的研究了荷叶表面的微观精细结构，揭示了荷叶粗糙的微观结构及表面覆盖的低表面能的物质是其具有超疏水和自清洁性质的主要原因。 

目前，基于这种原则设计和制备超疏水表面的方法较多，主要有模板技术、表面印刷技术、电纺丝技术、等离子体溅射技术、激光刻蚀技术、物理/化学气相沉积技术等等。但是，采用这些技术制备超疏水膜一般都要经历苛刻的制备工艺、冗长的流程、昂贵的原材料等等，限制了这些技术的大规模推广与应用。另一方面，sol-gel自组装技术和电化学沉积技术由于能较方便的控制基体的粗粗度也是制备超疏水膜的较好方法。如张曦等人（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126：3064-3065.）在聚电解质多层膜上采用电沉积技术制备了具有超疏水性的树枝状金簇。 

在上述众多制备超疏水表面的技术中，尺寸可控的二氧化硅粒子或聚苯乙烯球是常用的用于增大表面粗糙度的材料。主要采用两种工艺：一种是基于单一尺寸的二氧化硅粒子或聚苯乙烯球，通过对其表面进行物理/化学刻蚀或包裹聚合物膜层进行改性以增大其粗糙度；另一种是基于两种不同尺度的粒子，采用层层自组装技术或浸涂/旋涂技术得到分层次的粗糙度较大的膜层。 

尽管以上技术都可以制备超疏水表面，但是对于外观形状不规则的固体导体，工艺复杂，操作较困难，不适于大规模的应用和推广。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种制备超疏水表面的方法。 

超疏水表面的制备方法的步骤如下： 

1）将0.5~10 mL正硅酸乙酯或正硅酸甲酯滴加到10~50 mL水与10~50mL乙醇或甲醇组成的混合溶液中，用醋酸调节pH至2.0~5.0，室温水解0.5~48h，得到沉积液；将待沉积的基体置于沉积液中作为阴极，以石墨或铂片为辅助电极，在0.1~10.0mA/cm²电流下电沉积1~ 30min，得到覆盖有纳米多孔性的、粗糙的二氧化硅薄膜的基体；

2)将覆盖有纳米多孔性的、粗糙的二氧化硅薄膜的基体浸入长链烷基硅氧烷溶液中2~10min之后取出，20~120℃固化10~60min。

所述的基体为金、银、铂、碳钢、镀锌钢、铝、锌、铜、镁、锡及其合金、导电玻璃或导电聚合物。 

所述的硅氧烷溶液的组成为硅氧烷：水：乙醇或甲醇的体积比为（0.1~10）：（1~45）：（10~45），并用醋酸调节pH至4.0~6.0，在室温静置水解4~10天； 

所述的长链烷基硅氧烷试剂为辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、1H,1H,2H,2H?全氟辛基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷中的一种或两种。

本发明的有益效果是采用简单的电沉积技术在固体导电基体上电沉积由不同粒径的、多孔的二氧化硅薄膜，然后经过简单自组装修饰技术实现表面的超疏水化。该工艺制备简单，适合现状不规则的导电基体，成本低廉，环境友好，得到的超疏水膜具有良好的酸碱稳定性，适于大规模的应用和推广。 

附图说明

图1以不锈钢为基体，在经水解2h的正硅酸乙酯：水：乙醇体积比为5:50:50，pH为4.0的体系中，1.5mA/cm²电流密度下电沉积5min，得到的电沉积二氧化硅的扫描电子显微镜照片。 

图2以ITO（铟锡氧化物）导电玻璃为基体，在经水解2h的正硅酸乙酯：水：乙醇体积比为5：45：45，pH为4.0的体系中，2.5mA/cm²电流密度下电沉积1min得到电沉积二氧化硅，然后在含十二烷基三甲氧基硅烷：水：乙醇体积比为5：40：40的体系中浸置2min之后，100℃固化10min之后试样的扫描电子显微照片。 

具体实施方式

超疏水表面的制备方法的步骤如下：