[发明专利]一种铝基微锥阵列结构超疏水表面及其构建方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基体表面处理技术领域，特别涉及一种铝基微锥阵列结构超疏水表面及其构建方法。制备的铝基微锥阵列结构超疏水表面稳定性较高，对促进其工业化应用尤其是在防冰领域的应用具有重要的实践意义。

背景技术

受“荷叶效应”和“玫瑰花效应”的启发，仿生超疏水表面引起了研究者们极大的关注。超疏水表面通常是指材料表面对水的静态接触角大于150°，同时滚动角小于10°。这些具有超疏水特性的表面，因其具有优异的自清洁性、防腐蚀性、防覆冰以及防水性能，在日常生活中和工业界(如防垢、采油、纺织、润滑、防水和生物医药等领域)有着极其重要的应用前景。

研究表明，材料表面的疏水特性主要取决于表面粗糙度及表面自由能，通过调控材料表面的微观结构及化学组成，可有效地控制材料表面液滴的润湿性能。然而，在光滑表面上仅通过改变表面自由能，只能使接触角增加到120°，而在此基础上构建合适的微观粗糙结构可使表面液滴的润湿接触角提高至150°，甚至达到170°，显示出较为理想的超疏水特性。荷叶叶面具有良好的自洁效应,正是因为荷叶叶面结构特殊^[1],具有极强的疏水性。所以，当前的研究重点主要集中在如何构造合适的粗糙的表面微观粗糙结构。常用的构建方法有溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、刻蚀法等等。传统的制备方法所得到的表面结构单一，两步法虽能构造出微纳米复合结构，但通常需要更长的加工周期，且制备工艺复杂。在应用方面，制备的超疏水表面存在一定的局限性，表面微结构与基体的附着力较低，容易导致基体表面的超疏水微结构脱落，进而影响超疏水性能的稳定性及其应用潜能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铝基微锥阵列结构超疏水表面及其构建方法，该方法属于原位构建，处理工艺简单，反应条件温和，绿色、环保，易于规模化生产，所得到的微纳米复合结构与基体具有较高的附着力，制备超疏水表面结构均一，具有较高的超疏水性能，大幅度提高了超疏水材料的制备效率也将降低制备成本。

一种铝基微锥阵列结构超疏水表面的构建方法，包括以下步骤：

1)以纯铝或铝合金为基体材料，对基体材料预处理后备用；

2)配制苯甲酸锌水溶液，然后加入适量氨水，直至溶液颜色转变为乳白色，并将其转移至聚四氟乙烯内衬反应釜中；然后将步骤1)预处理的铝片放入反应釜内，拧紧反应釜后放入事先加热到一定温度的烘箱中保温一定的时间，待反应釜自然冷却至室温后，取出试样并冲洗干净。

3)利用十七氟硅烷进行低能化处理：将所得的试样置入十七氟硅烷(FAS-17)乙醇溶液中浸渍一定时间后，随后在烘箱中热烘以获得铝基微锥阵列结构超疏水表面。

所述的方法，步骤1)中，所述预处理方法为：采用金相砂纸对基体进行打磨，直至表面没有明显划痕，并进行抛光处理，随后采用丙酮、无水乙醇以及去离子水依次进行超声清洗，最后浸渍到1M NaOH溶液1min后用去离子水冲洗干净并晾干备用。

所述的方法，步骤2)中，水热反应溶液配制为4～8mM苯甲酸锌水溶液，然后加入适量氨水，直至溶液颜色转变为乳白色，控制工艺参数反应温度:70～150℃、反应时间:4～9h。

所述的方法，步骤3)中，采用0.5～2.0wt％的十七氟硅烷(FAS-17)乙醇溶液、浸渍时间为10～25h、烘箱温度控制为100～150℃、热烘时间为1.5～2.5h。

根据任一所述方法构建的铝基微锥阵列结构超疏水表面。

本发明制备的试样可以通过以下手段进行结构、形貌和超疏水特性等表征：采用日本HITACHI SU-4800的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对样品进行微观形貌观察；选用德国DATAPHYSICS接触角测量仪OCA20测试分析其表面超疏水性能。

采用本发明提出的一种铝基微锥阵列结构超疏水表面及其构建方法，具有以下特点：

1、提出的微结构构建方法属于原位构建技术，构建微锥阵列结构与铝基体具有较高的附着力。

2、构建的微锥阵列结构均一，且微锥结构表面呈现出二级的纳米结构，构建工艺简单、稳定、重复性较高。

3、制备的铝基微锥阵列结构超疏水表面，具有较高的超疏水性能，液滴接触角大于155°，滚动角小于5°，动态撞击液滴能够迅速弹离试样表面，其接触时间约为12ms。

4、制备的铝基微锥阵列结构超疏水表面，具有较高的性能稳定性。

附图说明

图1为本发明中实施例1的方法所制备的超疏水铝基微锥阵列结构形貌；