[发明专利]在金属铝上制造超疏水性表面的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理领域，尤其涉及一种在金属铝表面上制备超疏水性表面的方法。 

背景技术

浸润性是固体表面重要特性之一，具有特殊浸润性的超疏水表面因在自清洁表面、微流体系统、防水防腐蚀及生物相容性等方面的应用及其广阔应用前景而引起科学界的广泛关注。表面浸润性主要由固体表面化学组成和表面微细几何结构共同决定，因此对固体表面浸润性的控制主要是通过改变固体的表面自由能和表面形貌实现。目前，浸润性的研究主要集中在超疏水表面的制备方面，其制备方法多种多样，比如：刻蚀法、溶胶-凝胶法、模板法、电纺法、相分离法、沉积法、晶体生长法、平面印刷技术，但大多存在制备条件苛刻、加工设备特殊或工艺过程复杂等不足，因此探索成本低廉、工艺简单、性能优良的制备超疏水表面的方法仍然是一项具有挑战性的研究课题。 

本申请基于固体表面浸润性理论，以自然界中超疏水性现象为基础，采用化学溶液法和退火相结合的方法分别构筑了微-纳米双阶结构的表面，成功获得了ZnO/Zn-Al LDH超疏水表面。该方法过程简单、仪器设备操作简便，不需要低表面自由能有机物的修饰。 

发明内容

本发明的目的是在金属铝表面制备一种超疏水性材料，解决防水、防污和防腐问题。 

本发明的目的是由以下技术方案实现的： 

提供一种在金属铝表面上制备超疏水性表面的方法，将经过预处理的金属铝置于在乙酸锌中和氨水溶液中，加热反应一定时间；取出，洗净，放置于培养皿中，在烘箱中退火。 

该方法优选为，将金属铝置于在100mL0.01mol/L乙酸锌中和一定量的氨水溶液中，在恒温水浴中加热反应；反应结束后取出，洗净，放置于培养皿中，在烘箱中退火。该方法进一步优选为，将金属铝置于在乙酸锌中和氨水溶液中，在恒温水浴中反应；反应结束后取出，蒸馏水洗净，放置于培养皿中，在烘箱中退火。 

该方法进一步优选为，将金属铝置于在乙酸锌中和氨水溶液中，在恒温水浴中加热反应；反应结束后取出，蒸馏水洗净，放置于铺有滤纸的培养皿中，在烘箱中退火。 

该方法进一步优选为，将金属铝置于在乙酸锌中和氨水溶液中，在恒温水浴中加热反应一定时间；反应结束后取出，蒸馏水洗净，将反应面向下放置于铺有滤纸的培养皿中，在烘箱中退火。 

经处理过的材料，用纯水滴到其表面上进行接触角测定，接触角均大于150°。本发明得到的材料可用于金属铝表面的防水、防污和防腐等。 

附图说明

图1是铝基底表面经正交实验最优组合的扫描电镜图像。图1(a)、1(b)、1(c)分别是表面放大1.5k倍、7.5k倍、15.0k倍的SEM照片及表面分布图。 

样品表面的SEM图 

(a)所制备表面形貌的总观；(b)高倍表面形貌；(c)高倍扫描的树枝状精细结构 

图2给出了铝基底在退火时不同放置方式的表面微细结构扫描电镜图像。图2(a)是退火时反应面向上(反应面与空气接触)放置的扫描电镜图像，图2(b)是退火时反应面向下(反应面与滤纸接触)放置的扫描电镜图像，左下角是水滴在相应表面的CA。 

不同放置方式的样品表面SEM图 

(a)反应面朝上放置；(b)反应面朝上放置；(左下角为水滴的CA) 

图3为样品的XRD图谱。(a)为纯铝基底的XRD图谱，(b)为样品退火前的XRD图谱，(c)为样品退火后的XRD图谱。 

表面样品的XRD图谱 

(a)纯铝基底；(b)退火前铝基底；(c)退火后铝基底 

图4是样品的XPS谱图。图中(A)和(B)分别为退火前和退火后的铝基底的XPS谱图，图4(a)是全扫描XPS谱图，图4(b)是Al2p的窄扫描XPS谱图，图4(c)是Zn2p3/2的窄扫描XPS谱图。图4(d)是O1s的窄扫描XPS谱图 

样品表面的XPS图谱A退火前铝基底；B退火后铝基底 

图5是不同氨水滴加量的铝基底接触角变化趋势。 

表面浸润性与氨水滴加量关系曲线 

图6是不同加热反应时间的铝基底接触角变化趋势。 

表面浸润性与加热反应时间关系曲线 

图7是退火时不同放置方式的接触角。 

表面浸润性与退火时基底放置方式关系 

图8是不同退火温度的铝基底接触角变化趋势。 

表面浸润性与退火温度关系曲线 

图9是不同退火时间的铝基底接触角变化趋势。