一种疏液超滑界面及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种疏液超滑界面及其制备方法，通过以7075铝合金为基底，在超声波处理状态下用硝酸进行表面腐蚀形成微纳米结构后，进行氟硅烷表面接枝，最后在微纳米结构中注入全氟润滑剂制得。本发明专利技术以广泛应用的结构金属7075铝合金进行制备，制得的疏液超滑界面对水、油以及表面张力极低的己烷均具有优异的排斥作用，在建筑、机械制造、航空航天以及航海等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种疏液超滑界面及其制备方法，属于材料领域。
技术介绍
受自然界中荷叶超双疏现象的启发，研究人员通过将表面微纳米结构和低表面能化学成分的结合，制备出对水、油同时具有排斥效果的超疏水、疏油界面。这种界面针对的油、水较为固定，对于较大粘度的原油以及生活中各种复杂成分的液体，不具备较好的排斥效果。模拟猪笼草的结构，在原超疏界面上通过注入全氟滑液，能够获得一种滑液注入式的多孔界面。这种界面的表面为湿润的滑液层，底部为微米-纳米分级结构，是一种润滑液和超疏水/疏油界面结合的疏液超滑界面。疏液超滑界面除了具备超疏水界面的对水排斥性能外，对油、血液尤其是低表面张力的己烷、丙酮等有机溶剂也具有排斥作用。除此之外，这种界面对蚊子、蟑螂等生物的吸盘、爪等具有排斥作用，昆虫难以在上面附着。高粘度的原油等物质在这种超滑界面上也可顺利地滑动。Schellenberger等制备了一种高分子基的疏液超滑界面，将SU-8 2025光刻胶与PMI混合涂覆于玻璃上后紫外固化，并通过腐蚀、O2等离子刻蚀、低表面能接枝以及注入全氟滑液的方式获得，其对癸醇、花生油、六癸烷等具备良好的排斥性，但该方法过于繁琐复杂，对基底材料的大小、形状、设备条件要求较为严格(Direct observation of drops on slipper lubricant-infused surfaces,Soft Matter,2015,11,7617--7626)。Ying Yang课题组采用电喷雾相分离法制备了超滑界面，其具备良好的抗冰性能，将纳米二氧化硅、氟硅烷和硅橡胶溶液进行混合后，采用电喷设备将其喷涂在基底上，并在高温下固化成膜后，注入全氟聚醚获得所需涂层，这种制备方式过于复杂，对样品尺寸、形状要求较高，且大部分是针对高分子、硅片等特定基底制备(Durability of a lubricant-infused Electrospray Silicon Rubber surfaceas an anti-icing coating,Applied Surface Science 346(2015)68–76)。上述涂层未对表面张力非常低的己烷溶液进行探讨，对能够排斥低表面张力溶液的疏液超滑界面还需进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种疏液超滑界面及其制备方法，该界面由7075铝合金表面构筑的低表面能微纳米结构与全氟三戊胺复合而成，其底部为微纳米分级多孔结构，覆盖一层低表面能物质，从而具有良好的超疏水特性，微纳米分级多孔结构中注入全氟三戊胺。所述疏液超滑界面通过以7075铝合金为基底，在超声处理下用硝酸进行表面腐蚀形成微纳米结构后，进行表面低表面能接枝，最后注入全氟润滑剂制得，对水、煤油以及表面张力极低的己烷均具有优异的排斥效果。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种疏液超滑界面，由低表面能微纳米结构化的7075铝合金和注入微纳米结构中的全氟三戊胺组成，所述低表面能微纳米结构化的7075铝合金为表面接枝有氟硅烷的微纳米结构化的7075铝合金。上述疏液超滑界面的制备方法，包括以下步骤：将预处理的7075铝合金置于浓度为1.0～1.4mol/L的稀硝酸溶液中，于150～200W的超声环境下超声1～3min，进行腐蚀处理，超声结束后干燥，得到微纳米结构化的7075铝合金，将微纳米结构化的7075铝合金进行表面氟化接枝改性处理，改性后干燥，在表面注入0.005～0.01g/cm2的全氟三戊胺，得到疏液超滑界面。所述的7075铝合金的预处理为将7075铝合金从200号砂纸开始打磨，直至2000号砂纸，然后用抛光膏进行抛光处理。所述的氟化接枝改性处理为将微纳米结构化的7075铝合金浸泡于0.01～0.04mol/L的十七氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，浸泡温度为30～40℃，浸泡时间为1.5～2h。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1)以广泛应用的结构金属7075铝合金进行制备，在建筑、机械制造、航空航天以及航海领域有广阔的应用前景；2)本专利技术制备方法简单，对基底材料的尺寸、形状没有要求，加工过程简便易行；3)本专利技术制备的界面对水、煤油、己烷等低表面张力的有机溶剂均具有优异的排斥作用。附图说明图1为实施例1疏液超滑界面的煤油接触角测试结果图。图2为实施例1疏液超滑界面的己烷接触角测试结果图。图3为实施例1己烷和煤油在疏液超滑界面上的滑动图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1(1)7075铝合金打磨抛光后，放入浓度为1.2mol/L的稀硝酸溶液中，在170W超声波辅助下进行腐蚀2min；(2)将步骤(1)得到的样品取出，酒精洗净后常温干燥，放入0.03mol/L的十七氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，于40℃下改性2h，取出，己烷清洗后常温干燥；(3)在步骤(2)得到的样品中注入全氟三戊胺，注入量为0.008g/cm2，得到疏液超滑界面。制备得到疏液超滑界面上，煤油接触角为50°(如图1所示)，己烷接触角为30°(如图2所示)，而且其可以在制备的超滑界面上顺利的滑动(如图3所示，煤油用油红O染色)，可见界面对低表面张力液体表现出良好的排斥性。实施例2(1)7075铝合金打磨抛光后，放入浓度为1.0mol/L的稀硝酸溶液中，在150W超声波辅助下进行腐蚀1min；(2)将步骤(1)得到的样品取出，酒精洗净后常温干燥。放入0.01mol/L的十七氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，于30℃下改性2h，取出，己烷清洗后常温干燥；(3)在步骤(2)得到的样品中注入全氟三戊胺，注入量为0.005g/cm2，得到疏液超滑界面。制备得到的界面，煤油接触角为40°，己烷接触角为20°，且可以在界面上顺利滑动，说明获得了具有疏液效果的超滑界面。实施例3(1)7075铝合金打磨抛光后，放入浓度为1.4mol/L的稀硝酸溶液中，在200W超声波辅助下进行腐蚀3min；(2)将步骤(1)得到的样品取出，酒精洗净后常温干燥。放入0.04mol/L的十七氟癸基三乙氧基硅烷的己烷，于40℃下改性1.5h，取出，己烷清洗后常温干燥；(3)在步骤(2)得到的样品中注入全氟三戊胺，注入量为0.01g/cm2，得到疏液超滑界面。制备得到的界面，煤油接触角为35°，己烷接触角为25°，且可以在界面上顺利滑动，说明获得了具有疏液效果的超滑界面。对比例1(1)7075铝合金打磨抛光后，放入浓度为0.9mol/L的稀硝酸溶液中，在140W超声波辅助下进行腐蚀0.5min；(2)将步骤(1)得到的样品取出，酒精洗净后常温干燥。放入0.01mol/L的十七氟癸基三乙氧基硅烷的己烷溶液中，于30℃下改性2h，取出，己烷清洗后常温干燥；(3)在步骤(2)得到的样品中注入全氟三戊胺，注入量为0.004g/cm2，得到疏液超滑界面。制备得到的疏液超滑界面上，煤油接触角为10°，己烷接触角为0°，己烷在界面上扩散开来，说明界面不具备对所有液体都排斥的性质。对比例2(1)7075铝合金打磨抛光后，放入浓度为1.5mol/L的稀硝酸溶液中，在220W超声波辅助下进行腐蚀4min；(2)将步骤(1)得到的样品取出，酒精洗净后常温干燥。放入0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏液超滑界面，其特征在于，由低表面能微纳米结构化的7075铝合金和注入微纳米结构中的全氟三戊胺组成，所述低表面能微纳米结构化的7075铝合金为表面接枝有氟硅烷的微纳米结构化的7075铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种疏液超滑界面，其特征在于，由低表面能微纳米结构化的7075铝合金和注入微纳米结构中的全氟三戊胺组成，所述低表面能微纳米结构化的7075铝合金为表面接枝有氟硅烷的微纳米结构化的7075铝合金。2.根据权利要求1所述的疏液超滑界面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将预处理的7075铝合金置于浓度为1.0～1.4mol/L的稀硝酸溶液中，于150～200W的超声环境下超声1～3min，进行腐蚀处理，超声结束后干燥，得到微纳米结构化的7075铝合金，将微纳米结构化的7075铝合金进行表面氟化接枝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，熊党生，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32