CN104726919A

CN104726919A - 一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法

Info

Publication number: CN104726919A
Application number: CN201310708143.3A
Authority: CN
Inventors: 王富国; 张俊彦
Original assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Current assignee: Lanzhou Institute of Chemical Physics LICP of CAS
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开了一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法。该方法是通过电化学腐蚀、阳极氧化和有机分子修饰三个过程来获得仿生微纳结构超疏水铝表面的，其中电化学腐蚀用来制备微米孔结构，阳极氧化用来制备纳米孔/线结构，有机分子修饰用来获得低表面能的。本发明成本较低，工艺简单，所获得的仿生微纳结构超疏水铝表面为真真意义上的仿生微纳多尺度结构超疏水表面。

Description

一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法

技术领域

本发明涉及一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法，特别涉及一种通过电化学腐蚀、阳极氧化和有机分子修饰三步制备仿生微纳结构超疏水铝表面的方法。

背景技术

作为一种机械强度较高、质量较轻材料，铝合金在造船业上广泛应用，比如作为船壳体、上层结构、各种设施和管路等，因此从小型游艇、客轮、高速船，到万吨巨轮、深水潜艇上都有铝合金的出现。而在包括海水在内的各种相关水体环境中，生物污染、离子腐蚀、氧化是比较常见的现象。特殊润湿性表面相关研究发现：超疏水表面在自清洁、防生物污染、耐腐蚀性、抗氧化等方面都有重要作用，潜在应用价值较高。因此，针对铝合金的超疏水表面构建已经成为仿生功能表面研究关注的一个焦点。

现阶段，关于铝和铝合金超疏水表面制备方面的专利申请较多，截止2012年12月共有11篇（1.CN 101007304A；2.CN 102389870A；3.CN 102677059A；4.CN 101704588A；5.102677058A；6.CN 101532159A；7.CN 101967673A；8.CN 102304741A； 9.CN 102527619A；10.CN 102586771A；11.CN 101096771A），从表面结构构建方式的角度可以分为两大类：刻蚀铝合金表面本身为主的表面腐蚀方法（1-8）和沉积或者涂覆其它材料的表面沉积或者涂层技术（9.马来酸酐接枝聚丙烯和聚丙烯的复合涂层；10.氧化铈薄膜；11.三氮杂嗪类有机化合物薄膜），而表面腐蚀又可以分为：化学腐蚀（1.硝酸以及金属盐；2.己二胺水溶液；3.盐酸和沸水；4.盐酸挥发；5.含铜离子和氯离子的盐溶液）和电化学腐蚀（6.磷酸和丙三醇混合液；7.含氯离子的酸性水溶液；8.硫酸+重铬酸钾+草酸+氯化钠+甘油）两小类。在这两大类中，表面沉积或涂层有自己的优势，但材料的选择在有些环境下是唯一的，不可以改变的；表面腐蚀是一种较好的原位构建表面结构的方法，但是不论化学腐蚀还是电化学腐蚀都只是制备一种结构（1-8中6为纳米结构，其余为微米结构），这和仿生微纳结构表面中微米和纳米结构共存的状况是有差别的，而微纳结构的“二元协同效应”是提高其防生物污染、耐腐蚀性、抗氧化等性能的关键所在。因此，找到一种在铝合金基材上制备仿生微纳结构超疏水表面的方法很重要。

发明内容

本发明目的是在于提供一种仿生微纳结构超疏水铝表面的制备方法。

本发明所述制备方法是通过电化学腐蚀、阳极氧化和有机分子修饰三个步骤制备仿生微纳结构超疏水铝表面的，其中首先通过电化学腐蚀制备微米矩形孔结构，然后通过阳极氧化制备纳米孔或者纳米线结构，最后通过低表面能有机硅烷修饰获得超疏水性能。

一种仿生微纳结构铝表面的制备方法，其特征在于该方法步骤为：

1）将所述铝或铝合金在丙酮中超声清洗；

2）将所述铝和铝合金作为阳极，石墨作为阴极固定在支架上，分别放入两种不同溶液中进行电化学反应；首先放入含氯离子（Cl^-）的酸或者盐溶液电解槽中，进行第一步电化学腐蚀，制备微米矩形孔结构；然后放入草酸溶液电解槽中，进行第二步阳极氧化，制备纳米孔线结构；

3）最后放入有机硅烷的甲苯溶液中进行表面修饰，获得具有仿生微纳结构的超疏水表面。

本发明所述的有机硅烷用R-SiX₃表示，R=C_nH_2n+1，n=8、9、10…20，X=Cl，OCH₃，OC₂H₅。

本发明对比已有技术具有以下优点：

1、通过电化学腐蚀和阳极氧化两个独立的过程，在铝材表面制备同时具有微米矩形孔和纳米孔或者纳米线的多层次仿生微纳结构。

2、获得的仿生微纳结构超疏水铝表面为真真意义上的仿生微纳结构超疏水表面。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：相对其它方法，此方法可以通过两个独立的电化学过程对微米、纳米结构的尺寸进行分别控制。

附图说明

图1本发明所述通过电化学腐蚀和阳极氧化制备的具有微米矩形孔和纳米线结构的仿生微纳结构铝表面的电子扫描显微镜照片。

图2本发明所述仿生微纳结构超疏水铝表面上细小水流流动行为图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，通过以下实施例进行说明。

实施例1：

将铝或铝合金在丙酮中超声清洗，然后将其作为阳极，石墨作为阴极固定在支架上，先后放入盛放两种不同腐蚀溶液体系的电解槽中进行电化学反应：首先放入盐酸溶液电解槽中进行第一步电化学腐蚀，制备微米矩形孔结构；然后放入草酸溶液电解槽中进行第二步阳极氧化，制备纳米孔线结构。所获得的铝表面为仿生微纳结构表面，通过有机硅烷分子修饰获得超疏水表面。

图1所示电子扫描显微镜结果表明，通过所述电化学腐蚀和阳极氧化两个过程获得的表面为仿生微纳结构铝表面。

图2所示结果表明，细小的水流触及所述仿生微纳结构超疏水铝表面时立刻折返流下，并没有发生浸润表面。

Claims

1.一种仿生微纳结构铝表面的制备方法，其特征在于该方法步骤为：

1）将所述铝或铝合金在丙酮中超声清洗；

2）将所述铝和铝合金作为阳极，石墨作为阴极固定在支架上，分别放入两种不同溶液中进行电化学反应；首先放入含氯离子的酸或者盐溶液电解槽中，进行第一步电化学腐蚀，制备微米矩形孔结构；然后放入草酸溶液电解槽中，进行第二步阳极氧化，制备纳米孔线结构；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机硅烷用R-SiX₃表示，R=C_nH_2n+1，n=8、9、10…20，X=Cl，OCH₃，OC₂H₅。