[发明专利]一种用于防冰的微纳米尺度梯级结构超疏水表面制备方法

说明书

本发明涉及一种用于防冰的微纳米尺度梯级结构超疏水表面制备方法，受自然界超浸润表面启发，在金属基底材料表面构建微纳米尺度梯级结构。本发明通过简单的金属基底材料预粗化过程和无氟低表面能材料疏水改性成功制备出具有防冰性能的超疏水表面，包括以下步骤：预粗化金属材料表面使其具有微米尺度结构，无氟疏水性SiO₂纳米颗粒的制备以及防冰自清洁超疏水表面的制备。本发明制备的表面具有超疏水性，优异的防冰性能和防结霜性能，使得该表面在耐腐蚀和防冰领域的应用具有广阔的前景。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，尤其涉及一种用于防冰的微纳米尺度梯级结构超疏水表面制备方法。

背景技术

超疏水表面指的是接触角大于150°，接触角滞后或滚动角小于10°的表面。低表面能和合适的粗糙结构是超疏水表面制备的关键。自然界中的生物表面具有独特的微纳米尺度梯级结构和令人惊叹的浸润特性，应对恶劣的环境。仿生超疏水表面的优异疏水性，使得材料表面不易被水滴浸润，且水滴与材料表面碰撞后成珠状易于从表面滚落，减少了液滴在材料表面的积累。此外，由于表面的超疏水性使得液滴与固体表面的接触面积大大减少，且微纳米尺度梯级结构中存在的“气穴”形成了“气垫”。“气垫”可作为热障大大减少和延缓了液滴向冷固体表面之间的传热，有利于提高材料表面的防冰和防结霜性能。

为了制备仿生超疏水表面，研究人员已经开发出了多种制备方法，但这些方法工艺复杂，成本高，且制备的具有微纳米尺度梯级结构的超疏水表面的化学稳定性低，耐久性差而限制了其在实际生产中的大规模使用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于防冰的微纳米尺度梯级结构超疏水表面制备方法，以解决仿生超疏水表面制备工艺复杂、成本高和化学稳定性低等问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种用于防冰的微纳米尺度梯级结构超疏水表面制备方法，具体包括以下步骤：

S1、选取金属基底材料，并对金属基底材料进行预处理，采用丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗，去除表面油污与杂质，保证表面清洁无污染；

S2、通过刻蚀的方式在金属基底材料表面构建微米尺度结构；

S3、采用硅烷类有机化合物对SiO₂纳米颗粒改性得到疏水性的SiO₂纳米颗粒溶液；

S4、采用硅烷偶联剂制备含SiO₂纳米颗粒的溶胶，将交联剂与疏水性的SiO₂纳米颗粒溶液混合，得到化学修饰后的SiO₂溶胶；

S5、将化学修饰后的SiO₂溶胶均匀涂覆于微米尺度结构表面，构建出微纳米尺度梯级结构表面。

进一步的，所述步骤S1中，金属基底材料为黄铜或1060铝合金或不锈钢或6061铝合金或纯铜。

进一步的，所述步骤S2中，刻蚀的方式为采用化学试剂刻蚀或激光刻蚀或等离子刻蚀。

进一步的，所述化学试剂为酸溶液或碱溶液或贝克试剂。

进一步的，所述步骤S3中，化学修饰采用硅烷类化合物，具体为四乙氧基硅烷或十七氟葵基三乙氧基硅烷或三甲基乙氧基硅烷。

进一步的，所述步骤S4中，硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

进一步的，所述步骤S5中，化学修饰后的SiO₂溶胶采用喷涂法或旋涂法均匀涂覆于微米尺度结构表面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：