[发明专利]具有水收集功能的微纳结构超滑表面的制备方法

说明书

本发明涉及具有水收集功能的微纳结构超滑表面的制备方法。本发明包括微米锥、纳米氧化锌棒的制备、聚二甲基硅氧烷(PDMS)的嫁接等步骤。固定润滑层的超滑表面不仅在室温下表现出优异的全疏性，而且热水和热油酸等高温液体在超滑表面仍具有优异的滑动性。超滑表面具有良好的水收集能力，而且可以进行热水收集。先在150℃的高温下加热15min，然后在20℃冷水下冷却，如此循环25次，超滑表面仍具有优异的水收集能力和滑动能力。因此，基于优异的水收集能力和润滑层长期稳定性，固定润滑层的超滑表面可以大规模推广。

技术领域

本发明属于超滑材料制备的技术领域，特别涉及耐沸水、耐热液、高效持久的水收集能力的超滑涂层的制备方法。

背景技术

从猪笼草植物中汲取灵感，该植物由亲水成分和微观粗糙结构组成，可以储存水以形成用于捕获昆虫的润滑水膜。为了模仿这种现象，许多研究人员制造了“液体注入”的超滑表面来实现对不同液体的全疏性，这是通过将润滑剂注入多孔膜(包括纳米形貌和低表面能)以形成稳定且惰性的超滑界面而制成的。由于润滑剂的存在，超滑表面拥有排斥水和排斥具有低表面张力的液体的能力。

通过在紫外光照射下，将聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上制备了新型的固定润滑层的稳定超滑表面，并且残留的未嫁接的硅油用作润滑剂。由于硅油和嫁接的聚二甲基硅氧烷之间的强分子间作用力，润滑剂牢固地锁定在氧化锌表面上，形成生物相容的超滑表面。固定润滑层的超滑表面不仅在室温下表现出优异的全疏性，对热水和热油酸等高温液体仍具有优异的滑动性，具有良好的水收集能力，可以进行热水收集。在150℃的高温环境下和20℃冷水环境下，多次冷凝，超滑表面仍具有优异的水收集能力。另外，在室外阳光的长时间照射下，水收集效率虽然降低了25％，但是重新灌油后，滑动能力和水收集能力可以恢复到最初状态。在高剪切速率(高达7000rpm)下，固定润滑层的超滑表面具有出色的滑动能力和水收集能力。而且固定润滑层的超滑表面具有极好的耐腐蚀性，防结冰性和防污性。因此，基于优异的水收集能力和润滑层长期稳定性，固定润滑层的超滑表面可以大规模推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、方便、可工业化生产的固定润滑层的超滑表面的方法，解决了超滑表面材料制备步骤繁杂、耐候性差、实用性低的问题。普通的水收集表面，耐候性不能重复利用。本发明通过简单的方法制备了具有优异的排斥沸水/热液体性能、高效持久的水收集能力、可重复利用的超滑表面，其有利于大规模推广和制备。

实现本发明目的的技术方案是：具有水收集功能的微纳结构超滑表面的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A.在硅片上制备微米锥：将硅片切成2*2cm²的片，首先，为了除去切割时粘附的机油，用丙酮超声清洗并用去离子水冲洗，然后将洗涤后的锌片真空干燥，其次，将干燥的硅片基底浸入KOH和异丙醇溶液中，油浴锅加热，最后用乙醇洗涤刻蚀的硅片并真空干燥；

B.微米锥上长ZnO纳米线：将刻蚀后的硅片浸泡在醋酸锌溶液中15s，后放入300℃高温的马弗炉中进行注种，注种后的硅片浸入硝酸锌、六亚甲基四氨的水溶液中，在95℃下保持12h，反应结束后，乙醇清洗，真空干燥；

C.固定润滑层超滑表面的制备：用紫外光照射覆盖有均匀油层的硅片40min，形成了润滑剂固定的表面。

进一步的，Zn片在80℃-95℃环境下刻蚀25min-30min。

进一步的，浸泡在醋酸锌溶液中15s，重复5次。

进一步的，PDMS是三甲基硅氧烷封端。

进一步的，多余的没有嫁接的PDMS作为润滑层。

进一步的，在紫外光照射下，聚二甲基硅氧烷嫁接到ZnO纳米棒上，以共价键方式结合。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的优点在于：