一种金属基巢穴式微结构超疏水表面及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种金属基巢穴式微结构超疏水表面及其制备方法与应用，工艺：一、巢穴式微结构的构造：S1、配制含有氯离子的有机溶液为电解液；S2、将金属基体为阳极、石墨为阴极，置于电解液中通电；S3、反应后阳极取出，清洗，烘干；二、低表面能物质内向生长：S1、配制肉豆蔻酸铜反应溶液；S2、将构造出巢穴式微结构的金属基体作为阴极、石墨作为阳极，浸入反应溶液中通电；反应后取出阴极，烘干，得到金属基巢穴式微结构超疏水表面。本发明专利技术通过构筑出微米尺度巢穴式微结构，该独特的结构不仅可与纳米尺度低表面能物质形成微纳分级结构，提供应用于稳定超疏水的结构基础，还能为低表面能成分提供储存、保护和修复的功能，可应用于长效超疏水。水。水。

【技术实现步骤摘要】
一种金属基巢穴式微结构超疏水表面及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及超疏水材料
，具体涉及一种金属基巢穴式微结构超疏水表面及其制备方法与在长效超疏水中的应用。

技术介绍

[0002]荷叶、玫瑰花瓣、动物羽毛、昆虫翅膀等表面独特的自然界润湿现象是人工超疏水表面的灵感源泉。通过模仿自然生物超疏水表面形貌结构和化学成分，可在不同的基底材料(例如：金属、玻璃、硅、纺织物和木材等)上制备出超疏水表面。金属材料广泛被应用于海洋船舶、航空航天、建筑、桥梁、电力、生物医学等领域。因此，对金属表面改性以满足使用要求,一直以来都是被关注的热点。另外，金属材料具有亲水性从而存在容易腐蚀、结冰等问题，因此容易造成巨大的财产损失和安全隐患。超疏水表面技术因为具有众多益处而被广泛用于金属表面改性，其除了防腐、防冰还可以赋予金属自清洁、防雾、油水分离、润滑减阻等特殊功能。因此金属经过超疏水表面改性后不仅可以延长自身的使用寿命，还可以用于特需环境和场合从而拓宽了其应用领域。金属超疏水表面材料常见多应用于海洋船舶的防污防腐、航空航天器械的自清洁及防冰覆、微电子元器件防水以及生物医学上人体植入物和手术器械防止细菌感染和血液成分吸附等。因此，制备金属基超疏水表面具有极高的应用价值和市场前景。
[0003]由于大多数金属材料都具有明显的亲水性，相比于表面能更高的玻璃、低表面能聚合物等，以金属作为基体的超疏水表面制备难度相对更大。制备金属超疏水表面材料常用的方法主要有：阳极氧化、化学刻蚀、电化学刻蚀、化学沉积、电沉积、溶胶凝胶、水热法以及模板法等。虽然制备方法众多且有效，但是并没有得到大规模的推广和应用；这是因为金属超疏水表面的精细结构特别是纳米结构和低表面能成分极易损失而导致超疏水性失效。常见制备金属超疏水表面材料的步骤包含两步：一是构造图案化的粗糙结构，二是低表面能修饰构建粗糙结构。图案化粗糙结构制备方法主要有：阳极氧化、微弧氧化和激光刻蚀等，如阳极氧化、微弧氧化所需采用的电解液常为酸或碱溶液既具有危险性又不够环保，且所需电压高能耗大；而激光刻蚀造价昂贵、成本过高，很难实现广泛生产。常见的低表面能修饰方法是浸泡法，浸泡的低表面能修饰剂主要包括机氟硅烷类、脂肪酸类等。经低表面能修饰后的粗糙表面都具有很好的超疏水效果。但以这样的方式低表面能成分仅仅是以一层分子膜的方式吸附在粗糙结构表面，其一旦被破坏超疏水性即丧失无法长效使用。另外，虽然含氟试剂超疏水改性效果好，但环保性较差。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中低表面能成分和结构的脆弱性一直阻碍着金属超疏水表面的发展等问题，本专利技术提供了一种简单高效、绿色环保、低成本的金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法；该方法通过结构设计构筑出了可应用于长效超疏水的具有保护性作用的金属基巢穴式微结构。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法包括在金属基体表面构造巢穴式微结构以及低表面能物质内向生长两步，具体工艺步骤如下：
[0007]一、巢穴式微结构的构造：
[0008]S1、配制电解液：所述的电解液为含有氯离子的有机溶液；
[0009]S2、将金属基体作为阳极、石墨作为阴极，然后置于所述电解液中并通电反应，在金属基体上刻蚀构造出巢穴式微结构；
[0010]S3、反应后将阳极取出，清洗，烘干；
[0011]二、低表面能物质内向生长：
[0012]S1、配制反应溶液：所述的反应溶液是低表面能物质肉豆蔻酸铜反应溶液；
[0013]S2、将构造出巢穴式微结构的金属基体作为阴极、石墨作为阳极，然后浸入所述反应溶液中并通电反应；反应后将阴极取出，烘干，得到金属基巢穴式微结构超疏水表面。
[0014]具体的，本专利技术构建的巢穴式微结构可将脆弱结构和成分进行保护和修复，从而可以应用于长效超疏水材料的制备。本专利技术构筑的巢穴式微结构相当于一个微容器，将低表面能物质储存保护起来，当受到破坏时，新的低表面能物质可以从该容器中释放出来进行修复。
[0015]本专利技术利用具有腐蚀性离子(Cl
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)的绿色有机溶液，可在电场作用下构造出金属基巢穴式微结构。该方法具有能耗低、环保经济和具有大面积生产应用的潜力的优势。
[0016]本专利技术利用合适结构尺寸的低表面能物质内向生长储存于构筑的巢穴式微结构中。该方法不仅可以达到绿色低表面能修饰的目的，还可为低表面能成分和结构提供保护屏障和修复保障，从而提高超疏水材料的耐久性能，实现长效应用。
[0017]进一步的，一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法：步骤一、巢穴式微结构的构造：S1中所述的含有氯离子的有机溶液由氯化胆碱、过氧化氢和乙二醇配制而成。
[0018]进一步的，一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法：其中所述的含有氯离子的有机溶液的制备方法，包括如下步骤：
[0019](1)将所述氯化胆碱溶于40
‑
60℃的乙二醇中并搅拌均匀，配制0.2
‑
0.3mol/L的氯化胆碱乙二醇溶液；
[0020](2)按照体积比50：(2
‑
5)，向氯化胆碱乙二醇溶液中加入过氧化氢并搅拌均匀，获得含有氯离子的有机溶液。
[0021]进一步的，一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法：步骤一、巢穴式微结构的构造：S2、将金属基体作为阳极、石墨作为阴极，置于所述电解液中，阴、阳极间距为2cm，然后通40
‑
60V电压，在室温下反应10
‑
20分钟，在金属基体上刻蚀构造出巢穴式微结构。
[0022]具体的，本专利技术的构筑的巢穴式微容器结构具有类似蚂蚁巢穴的典型形状，其具有1
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5μm的口径以及一定的深度且内壁呈现凹凸不平的纹理化形貌的结构特征。因此，一方面该微容器结构有空间基础捕获空气形成对超疏水有利的“空气垫”；另一方面一定的深度和凹凸不平的纹理化形貌，可为低表面能物质的内向生长提供更多的活性位点，有助于其储存和被保护。
[0023]进一步的，一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法：步骤二、低表面能物
质内向生长：S1中所述的反应溶液是通过肉豆蔻酸乙醇溶液和Cu(NO3)2·
9H2O溶液反应得到的肉豆蔻酸铜反应液。
[0024]进一步的，一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法：所述的肉豆蔻酸铜反应液的制备方法，包括如下步骤：
[0025](1)将肉豆蔻酸溶于乙醇中，配制0.1
‑
0.2mol/L的肉豆蔻酸乙醇溶液；
[0026](2)按照体积比20：(1
‑
3)，将所述肉豆蔻酸乙醇溶液与0.2mol/L的Cu(NO3)2·
9H2O溶液混合均匀，即得到肉豆蔻酸铜反应液。
[0027]具体的，本专利技术中的低表面能物质主要由脂肪酸
‑
金属络合物组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法，其特征在于，该方法包括在金属基体表面构造巢穴式微结构以及低表面能物质内向生长两步，具体工艺步骤如下：一、巢穴式微结构的构造：S1、配制电解液：所述的电解液为含有氯离子的有机溶液；S2、将金属基体作为阳极、石墨作为阴极，然后置于所述电解液中并通电反应，在金属基体上刻蚀构造出巢穴式微结构；S3、反应后将阳极取出，清洗，烘干；二、低表面能物质内向生长：S1、配制反应溶液：所述的反应溶液是低表面能物质肉豆蔻酸铜反应溶液；S2、将构造出巢穴式微结构的金属基体作为阴极、石墨作为阳极，然后浸入所述反应溶液中并通电反应；反应后将阴极取出，烘干，得到金属基巢穴式微结构超疏水表面。2.根据权利要求1所述的一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤一、巢穴式微结构的构造：S1中所述的含有氯离子的有机溶液由氯化胆碱、过氧化氢和乙二醇配制而成。3.根据权利要求2所述的一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法，其特征在于，所述的含有氯离子的有机溶液的制备方法，包括如下步骤：(1)将所述氯化胆碱溶于40
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60℃的乙二醇中并搅拌均匀，配制0.2
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0.3mol/L的氯化胆碱乙二醇溶液；(2)按照体积比50：(2
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5)，向氯化胆碱乙二醇溶液中加入过氧化氢并搅拌均匀，获得含有氯离子的有机溶液。4.根据权利要求1所述的一种金属基巢穴式微结构超疏水表面的制备方法，其特征在于，步骤一、巢穴式微结构的构造：S2、将金属基体作为阳极、石墨作为阴极，置于所述电解液中，阴、阳极间距为2cm，然后通40
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60V电压，在室温下反应10
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20分钟，在金属基体上刻蚀构造出巢穴式微结构。5.根据权利要求1所述的一种金属基巢...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗松，羊思洁，郑丽，曾海航，杨新，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：