CN104726926A - 一种仿生微纳结构铝表面的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生微纳结构铝表面的制备方法。本发明通过两个过程制备仿生微纳结构铝表面的，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。所获得表面为氧化亲水表面，可以通过后续有机分子修饰等表面改性手段获得各种特殊润湿性表面，比如超疏水、超疏油等。

Description

一种仿生微纳结构铝表面的制备方法

技术领域

本发明涉及一种仿生微纳结构铝表面的制备方法，特别涉及一种通过电化学腐蚀和阳极氧化两步电化学法制备仿生微纳结构铝表面的方法。

背景技术

铝和铝合金作为一类导电、轻质材料，在通讯、交通、建筑、航天、船舶等领域有着广泛的应用，但是一直以来人们很少关注其表面形貌对其性能、寿命的影响。而从1997年发展起来的超疏水表面相关研究发现：材料表面形貌对其润湿性、耐腐蚀性、防生物污染、防结冰等方面都有重要影响和潜在的应用价值。现实生活中，飞机结冰、输电线路覆冰、船体生物污染和电化学腐蚀等情况的发生都与表面材料表面形貌密切相关，而且给人们的日常生活和相关行业的发展带来严重挑战。因此，材料表面结构，特别是铝和铝合金表面结构，对其自清洁、耐腐蚀、防生物污染、防结冰等方面的性能提高已成为仿生功能表面研究关注的焦点。

现阶段铝和铝合金表面仿生功能表面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.CN 102677058A；6. CN 102304741A；7.CN 101967673A；8. CN 101532159A； 9. CN 102586771A； 10.CN 101096771A；11. CN 102527619A），从表面结构构建的角度可以分为一种结构（1-8，其中1-7为微米结构，8为纳米结构）、两种结构（9.氧化铈纳米叶片和微米乳突结构薄膜）和没有提到或者强调表面结构（10.三氮杂嗪类有机化合物薄膜；11.马来酸酐接枝聚丙烯和聚丙烯的复合涂层）三种类型。众所周知，在超疏水表面的原型荷叶上，微米突起结构和纳米管状结构的共同存在是“二元协同效应”的基础，是提高其耐腐蚀性、防生物污染、防结冰等性能的关键所在。但遗憾的是，在上述专利中只有专利9明确提到了微纳结构；而专利9并没有考虑某些环境下材料选择的排它性和纳米材料氧化铈薄膜在相关环境下的实用性。因此，找到一种在铝和铝合金表面上制备仿生微纳多尺度结构的方法很重要。

发明内容

本发明目的是在于提供一种仿生微纳结构铝表面的制备方法。

本发明所述电化学法是通过两个过程制备仿生微纳结构铝表面的，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。

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）将铝或铝合金在丙酮中超声清洗后作为阳极，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；

2）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；

3）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。

本发明通过所述两步电化学法获得的铝表面为仿生微纳结构表面，可以通过有机分子修饰进行表面改性获得各种润湿性表面。

本发明对比已有技术具有以下优点：

1、使用两步电化学方法，包括电化学腐蚀和阳极氧化，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、 微米矩形孔结构的尺寸在一定范围内可调。

3、相对其它化学腐蚀和电化学方法，此方法可以通过两个独立的电化学过程对微米、纳米结构进行分别控制，比如微米矩形孔的尺寸，以及纳米结构为纳米孔还是纳米线。

4、电化学方法简单、高效、成本较低，通过刻蚀设备尺寸的调整，可以实现大面积制备。

附图说明

图1本发明所述通过第一步电化学腐蚀法制备的具有微米矩形孔结构的铝材表面的电子扫描显微镜照片。

图2本发明所述通过电化学腐蚀和阳极氧化两步法制备的具有微米矩形孔和纳米线结构的铝材表面的电子扫描显微镜照片。

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：

将铝和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，室温下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，加热进行第二步阳极氧化，制备纳米孔/线结构。通过两步电化学法获得的铝表面为仿生微纳结构表面，通过有机分子修饰进行表面改性可以获得各种润湿性表面。

图1所示电子扫描显微镜结果表明，通过所述第一步电化学腐蚀法制备的铝材表面布满微米矩形孔结构，尺寸在3-10μm，分布均匀。

图2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步反应制备的铝材表面具有微米矩形孔和纳米线仿生多层次结构。

Claims (1)

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）将铝或铝合金在丙酮中超声清洗后作为阳极，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；

2）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；

3）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。