[发明专利]一种三维网状超疏水表面的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超疏水表面制备技术领域，涉及一种三维网状超疏水表面的制 备方法。

背景技术

表面润湿性是固体表面的一个重要特征，主要由表面化学组成和表面微观 结构共同决定。一般用接触角表征液体在固体表面的润湿性，通常把与水的接 触角大于150°，滚动角小于10°的表面称为超疏水表面。超疏水表面因其特殊的 浸润性而广泛应用于建筑玻璃、交通运输、生物医学等领域。因此，研究超疏 水表面的制备具有非常重要的意义和广阔的应用前景。

不锈钢作为一种常见的工程技术材料，在工农业生产和我们的日常生活中 应用十分广泛。然而不锈钢腐蚀问题是限制其广泛应用的关键因素，如果赋予 不锈钢表面超疏水性，就可以赋予其更多优异性能，如抗腐蚀、自清洁、减阻、 防冰等。

康志新等[CN200810220287.3]采用化学刻蚀与有机镀膜相结合的方法在镁、 铜、不锈钢等金属表面制备出一层致密的超疏水有机纳米薄膜。张芹等 [CN200910111202.2]采用化学腐蚀与电化学腐蚀相结合的方法在金属铝基底上 构筑粗糙结构，然后把铝片浸入氟硅烷乙醇溶液中修饰改性，得到超疏水铝表 面，水滴在其表面的接触角达154°。此外，[CN201410631219.1， CN201410145166.2，CN201410114866.5，US20100749266，US201113081421]也 通过电化学法、模板法、溶胶-凝胶法等方法得到超疏水表面。

现有的超疏水表面的制备主要从两个方面入手：构筑表面微结构和降低表 面自由能；具体包括电化学法、气相沉积法、模板法、溶胶-凝胶法、自组装法、 等离子体刻蚀法等[江雷，冯琳.仿生智能纳米界面材料.北京：化学工业出版社， 2007][US20110985581，KR20150100593，US201113287461]。但这些方法均存在 其各自的局限性，如制备工艺复杂、原料和加工设备昂贵、制备周期长、稳定 性差等，使得超疏水表面难以在实际生产中实现大规模应用。因此，亟需发明 一种简单实用的方法构筑超疏水表面。

我们通过一步法制备超疏水表面，把化学刻蚀和表面改性结合在一步完成， 既增加了表面粗糙度又降低了表面自由能，从而使得基底具备超疏水性，有效 地解决了以上问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三维网状超疏水表面的制备方法， 该方法将化学刻蚀与表面改性相结合，操作简单，成本低廉，制得的超疏水表 面具有优异的超疏水性和良好的抗腐蚀性。

为实现上述目的，本方案的技术方案是：

本发明利用化学刻蚀和表面改性相结合的一步法制备超疏水表面，其具体 的实施工艺如图1所示，把表面改性物质加入刻蚀溶液中配成混合溶液，然后 将基底浸入混合溶液中刻蚀一段时间后得到超疏水表面，该表面具有良好的抗 腐蚀性能，该方法主要包括如下步骤：

第一步，基底表面的清洁处理；

用清洗剂对基底表面进行超声清洗，清洗后用氮气吹干，待用，超声功率 为50～150W，每次5～15min；

所述的清洗剂包括氯仿、丙酮、无水乙醇或去离子水；

所述的基底包括石英、玻璃、金属、合金、单晶硅片、多晶硅片、云母片、 单层薄膜材料修饰的氧化硅、多层薄膜材料的修饰氧化硅、聚二甲基硅氧烷、 聚氨酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或重 氮光刻胶聚合物；

所述的金属包括铁、镁、铝、铜、钛、锂、镍、锌或锡；所述的合金包括 不锈钢、碳钢、锂-镁合金、铝合金或锌合金等。

第二步，超疏水表面的制备；

在去离子水中加入刻蚀剂，配制成0.25～2mol/L的刻蚀液；在刻蚀液中加 入表面改性物质配制成混合溶液；在20～50℃条件下将基底置于混合溶液中反应 20～80min后，将基底取出即可制得具有超疏水表面的基底，同时基底表面对其 它液体具有一定疏液性；超疏水表面的结构大小通过反应时间、反应温度和混 合溶液中刻蚀剂的浓度控制。

所述的刻蚀剂为酸性刻蚀剂或碱性刻蚀剂，所述的酸性刻蚀剂包括硫酸、 稀硝酸、盐酸、磷酸、氢溴酸、氢碘酸、氢氟酸或含碳类的有机酸；所述的碱 性刻蚀剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或有机生物碱；