CN102586771A - 金属铝仿生超疏水表面制备方法 - Google Patents

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金属铝仿生超疏水表面制备方法，将铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗并烘干备用；将清洗干净的铝片在一定浓度的HCl或者NaOH溶液中浸泡去除表面氧化层，铝片用去离子水反复清洗干净；将酸或碱腐蚀处理后的铝片垂直悬挂在硝酸铈和六亚甲基四胺的混合溶液中室温陈化过夜，然后升温到一定温度反应，在化学腐蚀后的铝片表面原位生长氧化铈薄膜。薄膜表面均匀分布着纳米级叶片状结构，有些叶片聚集，形成微米级乳突，而每一个乳突由大量纳米级叶片相互交错聚集形成，具有类荷叶状纳米-微米复合的粗糙多孔结构，经过硬脂酸修饰后，表面与水的接触角达到150～165°，滚动角小于10°，具有非常好的超疏水和自洁性能。

Description

金属铝仿生超疏水表面制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属铝仿生超疏水表面的制备技术，具体为金属铝仿生超疏水表面制备方法。 
背景技术
自然界有很多动植物体表面具有超疏水和自清洁的特性，其中最典型的应属荷叶表面，荷叶表面的水珠基本呈圆球形，这些水珠不能稳定地停留在荷叶表面，荷叶只需倾斜一个很小的角度，水珠便会从荷叶表面滚落，水珠滚落的同时把荷叶表面的灰尘等污染物带走，荷叶表面的这种自清洁现象称为荷叶效应。受荷叶效应的启发，近年来，具有超疏水性能（与水接触角在150°以上、滚动角小于10°的表面）的仿生自清洁表面受到了人们的极大关注。将超疏水表面技术应用于金属材料，可以起到防水、防污、防腐蚀、自清洁、增强抗霜冻性能等特性。因此，制备金属超疏水表面，在科学研究、工农业生产以及日常生活中都具有广阔的应用前景。 
目前研究表明，仿生超疏水性固体表面是疏水性固体表面类荷叶状粗糙结构和低表面能物质修饰的协同作用结果。由于在平表面上，通过降低表面自由能最多只能将接触角提高至大约119°，因此，在金属表面构建微米-纳米复合的类荷叶状粗糙结构是制备仿生超疏水金属表面的关键。国内外对仿生粗糙金属表面的构建进行了大量探索和研究，提出了大量在金属表面构建精细粗糙结构的方法，主要有化学腐蚀、电化学方法、原位自组装方法等。 
专利号为CN 101982560 A采用浓度为70g/L～95g/L的盐酸对铝合金表面进行化学腐蚀处理，然后采用长链脂肪酸溶液，通过蒸镀法，对铝合金表面进行修饰，获得水滴不易黏附、具有良好的超疏水特性的铝合金表面。 
专利号为CN 101665968A通过两步处理工艺，即先电化学刻蚀再通过草酸阳极氧化构建微纳米双重结构粗糙表面，表面氟硅烷修饰获得超疏水表面。 
专利号为CN101054194A公开了一种在铝基片上制备超疏水薄膜的方法，采用原位合成技术在阳极氧化处理后的铝基底上生长层状双羟基复合金属氧化物薄膜，在长链脂肪酸溶液中修饰后，具有良好的超疏水性，此方法比较繁琐，所需氧化电流大，与无机盐溶液反应时间长，反应温度高。 
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供金属铝仿生超疏水表面制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。 
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现： 
金属铝仿生超疏水表面制备方法，包括以下步骤：
第一步：将纯度大于90%，厚度在0.01mm～0.5mm的铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5～10min并烘干备用；
第二步：化学腐蚀：将清洗干净的铝片在一定浓度的HCl或者NaOH溶液中浸泡一定时间腐蚀去除表面的氧化层，去离子水反复清洗干净，烘干；
第三步：原位生长：将化学腐蚀后的铝片垂直悬挂在硝酸铈和六亚甲基四胺的混合溶液中室温陈化过夜，然后升温到一定温度反应一段时间，在铝片表面原位生长氧化铈薄膜，用去离子水小心清洗铝片表面，室温晾干，80 ℃烘箱干燥；
第四步：表面修饰：将经过化学腐蚀和原位生长两步处理的铝片浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中修饰，干燥，即得金属铝超疏水表面。
本发明中，HCl溶液的较佳浓度为1～6M，腐蚀的较佳时间为30s～20min；NaOH溶液的较佳浓度为0.5～2M，腐蚀的较佳时间为1min～15min。 
本发明中，硝酸铈的较佳浓度为0.01～0.5M，六亚甲基四胺和硝酸铈的较佳摩尔比为10：1～30：1，较佳反应温度为60～80 ℃，较佳反应时间为1～4h。 
本发明中，按质量百分比，硬脂酸乙醇溶液的较佳浓度为1%，室温大气环境下修饰最佳时间为2h。 
本发明中，所述干燥方式最好为先室温干燥，然后60 ℃烘箱干燥2h。 
本发明的技术原理为：先采用酸或碱对铝片表面进行化学腐蚀处理，然后在酸碱蚀刻后的铝片表面原位生长二氧化铈薄膜，氧化铈垂直基底生长，形成纳米级叶片状多孔结构，有些叶片聚集，形成微米级乳突，而每一个乳突由大量纳米级叶片相互交错聚集形成，该薄膜具有纳米－微米复合结构，经过硬脂酸乙醇溶液修饰，与水滴的接触角达到150～165°，滚动角小于10°，展现良好的超疏水性和自洁性。 
有益效果
本发明中，所制得的金属铝表面仿生超疏水性氧化物薄膜具有纳米－微米复合结构，表面均匀地分布着纳米级叶片状多孔结构，有些叶片聚集，形成微米级乳突，而每一个乳突由大量纳米级叶片相互交错聚集形成，在硬脂酸乙醇溶液中经过表面疏水处理后，具有非常优越的疏水性能，与水滴的接触角均大于150°，本发明在金属铝表面制备仿生超疏水性氧化物薄膜的方法，由于无需经过高温煅烧过程，简化了金属超疏水表面的制备工艺，节约了能源，且具有操作简单，设备要求不高，安全无毒等优点，制得的薄膜有优良的超疏水和自洁性能。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。 
实施例1
首先将铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗10min并烘干；将清洗后的铝片在6M HCl中浸泡45s，取出用去离子水清洗干净；然后将铝片垂直悬挂在铈离子总浓度为0.05M，六亚甲基四胺和硝酸铈摩尔比为15：1的混合溶液中室温陈化12h，然后升温至70 ℃反应1h，取出铝片，用去离子水小心清洗表面，室温晾干后80 ℃干燥2h；接着在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中室温修饰2h，取出室温大气环境晾干，60 ℃烘箱干燥2h，即可获得超疏水性良好的金属铝表面。
实施例2
首先将铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗10min并烘干；将清洗后的铝片在1MHCl中浸泡15min，取出用去离子水清洗干净；然后将铝片垂直悬挂在铈离子浓度为0.05M，六亚甲基四胺和硝酸铈摩尔比为15：1的混合溶液中室温陈化12h，然后升温至70 ℃反应2h，取出铝片，用去离子水小心清洗表面，室温晾干后80 ℃干燥2h；接着在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中室温修饰2h，取出室温大气环境晾干，60 ℃烘箱干燥2h，即可获得超疏水性良好的金属铝表面。
实施例3
首先将铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗10min并烘干；将清洗后的铝片在6MHCl中浸泡2min，取出用去离子水清洗干净；然后将铝片垂直悬挂在铈离子浓度为0.05M，六亚甲基四胺和硝酸铈摩尔比为15：1的混合溶液中室温陈化12h，然后升温至70 ℃反应3h，取出铝片，用去离子水小心清洗表面，室温晾干后80 ℃干燥2h；接着在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中室温修饰2h，取出室温大气环境晾干，60 ℃烘箱干燥2h，即可获得超疏水性良好的金属铝表面。
实施例4
首先将铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗10min并烘干；将清洗后的铝片在0.5MNaOH中浸泡12min，取出用去离子水清洗干净；然后将铝片垂直悬挂在铈离子浓度为0.05M，六亚甲基四胺和硝酸铈摩尔比为15：1的混合溶液中室温陈化12h，然后升温至70 ℃反应1h，取出铝片，用去离子水小心清洗表面，室温晾干后80 ℃干燥2h；接着在质量分数为1%的硬脂酸乙醇溶液中室温修饰2h，取出室温大气环境晾干，60 ℃烘箱干燥2h，即可获得超疏水性良好的金属铝表面。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.金属铝仿生超疏水表面制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将纯度大于90%，厚度在0.01mm～0.5mm的铝片依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5～10min并烘干备用；
第二步：化学腐蚀：将清洗干净的铝片在一定浓度的HCl或者NaOH溶液中浸泡一定时间腐蚀去除表面的氧化层，去离子水反复清洗干净，烘干；
第三步：原位生长：将化学腐蚀后的铝片垂直悬挂在硝酸铈和六亚甲基四胺的混合溶液中室温陈化过夜，然后升温到一定温度反应一段时间，在铝片表面原位生长氧化铈薄膜，用去离子水小心清洗铝片表面，室温晾干，80 ℃烘箱干燥；
第四步：表面修饰：将经过化学腐蚀和原位生长两步处理的铝片浸泡在硬脂酸的乙醇溶液中修饰，干燥，即得金属铝超疏水表面。
2.根据权利要求1所述的金属铝仿生超疏水表面制备方法，其特征在于，硝酸铈的较佳浓度为0.01～0.5M，六亚甲基四胺和硝酸铈的较佳摩尔比为10：1～30：1，较佳反应温度为60～80 ℃，较佳反应时间为1～4h。
3.根据权利要求1所述的金属铝仿生超疏水表面制备方法，其特征在于，按质量百分比，硬脂酸乙醇溶液的较佳浓度为1%，室温大气环境下修饰最佳时间为2h。
4.根据权利要求1所述的金属铝仿生超疏水表面制备方法，其特征在于，所述干燥方式最好为先室温干燥，然后60 ℃烘箱干燥2h。
5.根据权利要求1所述的金属铝仿生超疏水表面制备方法，其特征在于，HCl溶液的较佳浓度为1～6M，腐蚀的较佳时间为30s～20min；NaOH溶液的较佳浓度为0.5～2M，腐蚀的较佳时间为1min～15min。
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