CN105297013B - 一种超疏油表面的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超疏油表面的制备方法，包括以下步骤：（a）在金属工件（6）的非加工面设置腐蚀防护层（7）；（b）将柔性多孔薄膜（4）贴覆于金属工件（6）的加工面（5）上；（c）将压块（3）置于柔性多孔薄膜（4）上并通过压块（3）向柔性多孔薄膜（4）施加压力F（1）；（d）把带有上述多孔薄膜（4）和压块（3）的金属工件（6）全部浸没于温度为20℃~30℃的刻蚀液（2）中进行腐蚀加工；（e）经过12~48小时后，取出带有上述多孔薄膜（4）和压块（3）的金属工件（6）；（f）撤除压力F（1），去除多孔薄膜（4）和压块（3），清洗后风干。所述的压块（3）为耐腐蚀的多孔陶瓷或泡沫塑料。本发明提供的制备方法，不仅能够获得具有优异超疏油特性及自清洁能力的表面，同时具有操作简单、工艺成本低的优势。

Description

一种超疏油表面的制备方法

技术领域

本发明涉及一种超疏油表面的制备方法，属于表面工程领域。

背景技术

润湿性是固体表面的重要性质之一，它由固体表面自由能和表面粗糙度决定。水滴在该表面的表观接触角大于150°，同时接触角滞后小于 10°时称之为超疏水表面。最近又有研究者提出了双疏表面和超双疏表面的概念，即，既疏水又疏油的表面为双疏表面，而与水和油的接触角都大于150°的表面为超双疏表面。超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景。例如，涂覆有超双疏界面材料的轮船外壳和燃料储备箱能够达到防污、防腐的效果；石油管道内壁涂有超双疏界面材料，可以防止石油对管道壁粘附，从而减少运输过程中的损耗并防止管道堵塞。

研究表明，表面的微悬垂（overhang）结构是制备超疏油表面的前提。尽管超疏油表面的制备方法很多，比如文献“Tingyi Liu and Chang-Jin Kim. Turning a surfacesuperrepellent even to completely wetting liquids. Science 346, 1096 (2014).”报道了一种无需低表面能物质修饰、直接通过光刻法加等离子刻蚀法在金属等表面制备超疏油表面的方法。但现有制备方法大部分工艺复杂、成本高，这大大限制了其应用。因此，有必要开发出一种兼顾工艺简单和经济性高的金属基超疏油表面的制备方法。

发明内容

本发明旨在提供一种操作简单、易于实现和工艺成本低的金属基超疏油表面的制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）在金属工件的非加工面设置腐蚀防护层；

（b）将柔性多孔薄膜贴覆于金属工件的加工面上；

（c）将压块置于柔性多孔薄膜上并通过压块向柔性多孔薄膜施加压力F；

（d）把带有上述多孔薄膜和压块的金属工件全部浸没于温度为20℃~30℃的刻蚀液中进行腐蚀加工；

（e）经过12~48小时后，取出带有上述多孔薄膜和压块的金属工件；

（f）撤除压力F，去除多孔薄膜和压块，清洗后风干。

进一步地，所述的柔性多孔薄膜为含有相互贯通微孔的偏氟乙烯树脂膜或尼龙膜。这是因为偏氟乙烯树脂或尼龙膜既能满足本发明要求的机械性能和耐化学腐蚀特性，同时又具有成本低的优势。

进一步地，所述的柔性多孔薄膜的厚度为100~160μm，开孔率为70~80%；所述的微孔的平均孔径为3~10μm，以利用适当的厚度、开孔率和孔径的膜材来获得最佳的表面结构。

进一步地，所述的压块为耐腐蚀的多孔陶瓷或泡沫塑料，这样一方面可以利用压块自身质量及其所传递的压力F来实现多孔薄膜的压紧，另一方面有利于刻蚀液的渗流。

进一步地，所述的压力F产生的压强为200~800 N/m²，以能够保证多孔薄膜获得很好的工作效果。

本发明的工作原理为：

本发明制备的表面之所以呈现出悬垂结构特征，与刻蚀过程中金属的溶解行为有关。多孔薄膜在外部压力作用下贴覆于金属工件表面，这使得加工面一部分区域被覆盖而无法直接接触刻蚀液，另一部分区域（多孔物微孔对应区域）则直接与刻蚀液接触。刻蚀液直接接触区域的金属易于溶解且蚀除速度快，而被多孔物所屏蔽的区域及其周围的金属则不易被刻蚀，且蚀除速度慢。这样，由于刻蚀难易程度与刻蚀速度的差异，经过一定腐蚀加工时间后，工件上被多孔物屏蔽住的金属大部分保留下来而周围的金属被蚀除，从而形成一个个顶部大、下部小的“大头钉”状悬垂结构特征。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1．易于实现。通过选择适合的掩模和压力，就可以用单一工艺方法一次性获得其他方法难以制备的超疏油金属表面。

2．工艺成本低。本发明所采用的一步化学腐蚀法，无需涂覆低表面能物质，所需设备简单，原料成本低，工艺过程易于控制。

附图说明

图 1 是本发明中的金属基超疏油表面制备方法示意图。

图 2 是表面悬垂微结构获得的原理图。

图 3 是在制备得到的金属基超疏油表面上测得的水滴（8微升）接触角大小。

图 4 是在制备得到的金属基超疏油表面上测得的油滴（5微升）接触角大小。

图中标号名称：1、压力F，2、刻蚀液，3、压块，4、多孔薄膜，5、加工面，6、金属工件，7、腐蚀防护层，8、微孔，9、悬垂结构。

具体实施方式

下面结合图 1 、图 2 、图3和图4对本发明——“一种超疏油表面的制备方法”的具体实施过程作进一步描述。

1）配置200ml的质量分数为15%的盐酸溶液作为刻蚀液2。

2）铝金属工件6（规格为40mm x 40mm x 10mm）经“打磨→去离子水清洗→丙酮除油→去离子水清洗→乙醇清洗→去离子水清洗→吹干”处理后，备用。

3）在铝金属工件6的非加工面贴上一层PVC胶带作为腐蚀防护层7。

4）将厚度为150 μm、开孔率为70%、平均孔径为5 μm尼龙膜作为多孔薄膜4贴覆于铝金属工件6的加工面5上。

5）将多孔陶瓷压块3置于尼龙多孔薄膜4上并通过多孔陶瓷压块3向尼龙多孔薄膜4施加能产生压强为400 N/m²的压力F1。

6）把带有上述多孔薄膜4和多孔陶瓷压块3的铝金属工件6全部浸没于温度为23℃的刻蚀液2中进行腐蚀加工。

7）经过24小时后，取出带有上述多孔薄膜4和多孔陶瓷压块3的铝金属工件6。

8）撤除压力F1，去除尼龙多孔薄膜4和多孔陶瓷压块3，清洗后风干。

经过上述步骤制备的表面，检测结果如下：用8微升水滴在室温下检测，接触角为161.2度，如图3所示。用5微升油滴（市售橄榄油）在室温下检测，接触角为 152.0度，表现出很好的超疏油性能，如图4所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，实际上还可以采用其他规格的多孔薄膜、选择其他刻蚀液，在其他金属平面或曲面上制备超疏油表面，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（a）在金属工件（6）的非加工面设置腐蚀防护层（7）；

（b）将柔性多孔薄膜（4）贴覆于金属工件（6）的加工面（5）上；

（c）将压块（3）置于柔性多孔薄膜（4）上并通过压块（3）向柔性多孔薄膜（4）施加压力F（1）；

（d）把带有上述柔性多孔薄膜（4）和压块（3）的金属工件（6）全部浸没于温度为20℃~30℃的刻蚀液（2）中进行腐蚀加工；

（e）经过12~48小时后，取出带有上述柔性多孔薄膜（4）和压块（3）的金属工件（6）；

（f）撤除压力F（1），去除柔性多孔薄膜（4）和压块（3），清洗后风干。

2.根据权利要求1所述的一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：所述的柔性多孔薄膜（4）为含有相互贯通微孔（8）的偏氟乙烯树脂膜或尼龙膜。

3.根据权利要求1所述的一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：所述的柔性多孔薄膜（4）的厚度为100~160 μm，开孔率为70~80%。

4.根据权利要求2所述的一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：所述的微孔（8）的平均孔径为3~10 μm。

5.根据权利要求1所述的一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：所述的压块（3）为耐腐蚀的多孔陶瓷或泡沫塑料。

6.根据权利要求1所述的一种超疏油表面的制备方法，其特征在于：所述的压力F（1）产生的压强为200~ 800 N/m²。