CN106367756A - 一种疏水微纳结构铝表面的制备方法 - Google Patents

一种疏水微纳结构铝表面的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种疏水微纳结构铝表面的制备方法，该方法首先对铝片进行预处理，经砂纸打磨，后用丙酮、蒸馏水超声清洗，干燥后备用；然后将预处理的铝片放入盐酸中刻蚀，之后取出经无水乙醇、蒸馏水超声清洗并干燥，随后放入氯化铜溶液中刻蚀，用无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且干燥；最后对表面进行低表面能处理，将刻蚀过后的铝基放入硬脂酸无水乙醇溶液中恒温水浴修饰表面，取出放入干燥箱中干燥固化，即可制备出具有疏水效果的表面。本发明处理方法简单，接触角达到146°。

Description

一种疏水微纳结构铝表面的制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面改性技术，具体涉及一种疏水微纳结构铝表面的制备方法。
背景技术
自然界中，有很多动植物有着天然的疏水结构：雨后的荷叶会更加的干净、透亮，并且会伴随水珠在荷叶上面来回滚动；水面上水黾可以自由的奔跑等等。所以有很多的研究者开始致力于此等现象的研究，研究其表面的结构。
铝在金属中极为常见，也是利用率较高的金属，亦是工业生产中最广泛应用的金属材料。铝及其合金有着一系列优越性能，比如其强度比较高，延展性好，有着良好的导电性、耐氧化性等优点。在航天航空、机械制造及化学工业等领域有广泛的应用。而普通得铝表面呈现亲水性，较为容易发生结霜、结冰等现象，而利用相关方法对其表面进行制备，来获得可以防覆冰等一些性能的铝表面，使铝及铝合金的利用率进一步扩大。
本发明提供一种低成本、操作处理简单的化学刻蚀法来制备铝表面。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的制备方案复杂，耗资较大等缺点，提供一种疏水微纳结构铝表面的制备方法，本发明的制备方法具有方法简单，易操作处理，成本较低等优点。
本法是通过以下技术方案实现上述目的的，一种疏水微纳结构铝表面的制备方法，包括以下步骤：
1)预处理工序：将铝基经砂纸打磨，依次用丙酮、蒸馏水超声清洗，干燥，去除表面油污和氧化层，然后备用；铝片纯度在99％以上；
2)化学刻蚀工序：将经过预处理的铝基放入盐酸刻蚀溶液中，在常温下刻蚀8-15小时，得到微米结构的表面，随后经无水乙醇、蒸馏水超声清洗，然后干燥；干燥后置于氯化铜溶液中对表面刻蚀3-5分钟，在微米结构基础上形成出纳米结构，即为微纳复合结构，接着依次用无水乙醇、蒸馏水超声清洗，然后干燥；
3)表面修饰：将步骤2)处理后的铝基放入硬脂酸无水乙醇溶液中，在50-60℃条件下修饰铝基3-5小时，随后在干燥箱中于90-100℃下干燥固化25-35分钟，得疏水微纳结构铝表面。
步骤2)中所述处理工序盐酸和氯化铜两步刻蚀，在铝基表面制备出微纳复合结构表面，使铝基表面更易疏水；
步骤3)中所述处理工序是用硬脂酸处理表面，降低铝基的表面能，提高铝基表面的疏水性能；
优选的，步骤2)中所述的盐酸溶液浓度为0.8mol/L-1.2mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
优选的，步骤3)中所述硬脂酸无水乙醇溶液中硬脂酸的浓度为0.1mol/L-0.2mol/L。
与现有技术相比，本发明采用本发明制备的疏水微纳结构铝基表面，具有以下优点：
1.铝基表面刻蚀的试剂，盐酸与氯化铜溶液为常见试剂，使用方便，调配简单；
2.制备铝基表面所用设备：超声波清洗器、电子天平、干燥箱与水浴加热器，这些设备较为廉价，并且购买方便，使用简单，易操作上手，可以工业化生产；
3.制备出的铝基表面平均接触角为146°，并且表面粘附性弱，水滴易从表面滚落；
4.本发明制备疏水微纳结构表面，有利于提高铝基表面的疏水性能。
附图说明
图1为实例1中制备的疏水微纳结构铝表面的水滴形态；
图2为实例1中制备的疏水微纳结构铝表面的水滴粘附性测试图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
实施例1
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基经砂纸打磨，丙酮、蒸馏水超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的油污和氧化层；
化学刻蚀：将经过预处理的铝基放入刻蚀溶液中，配置盐酸溶液，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀14个小时，随后无水乙醇、蒸馏水超声清洗随后干燥箱干燥；然后置于配置好的氯化铜溶液中对表面刻蚀3分钟，接着无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且用干燥箱干燥。所述的盐酸溶液浓度为0.8mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
表面修饰：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.2mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴50℃条件下修饰铝基3个小时，随后在干燥箱中于95℃下干燥固化30分钟，通过接触角测量仪对处理后的铝基进行滴水实验，测量静态水滴在铝基表面的接触角度，结果为铝基表面水滴接触角为148°，显示疏水性。
实施例2
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基经砂纸打磨，丙酮、蒸馏水超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的油污和氧化层；
化学刻蚀：将经过预处理的铝基放入刻蚀溶液中，配置盐酸溶液，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀11个小时，随后无水乙醇、蒸馏水超声清洗随后干燥箱干燥；然后置于配置好的氯化铜溶液中对表面刻蚀3分钟，接着无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且用干燥箱干燥。所述的盐酸溶液浓度为0.8mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
表面修饰：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.1mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴50℃条件下修饰铝基3个小时，随后在干燥箱中于90℃下干燥固化25分钟，通过接触角测量仪对处理后的铝基进行滴水实验，测量静态水滴在铝基表面的接触角度，结果为铝基表面水滴接触角为146°，显示疏水性。
实施例3
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基经砂纸打磨，丙酮、蒸馏水超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的油污和氧化层；
化学刻蚀：将经过预处理的铝基放入刻蚀溶液中，配置盐酸溶液，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀8个小时，随后无水乙醇、蒸馏水超声清洗随后干燥箱干燥；然后置于配置好的氯化铜溶液中对表面刻蚀3分钟，接着无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且用干燥箱干燥。所述的盐酸溶液浓度为0.8mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
表面修饰：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.1mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴50℃条件下修饰铝基3个小时，随后在干燥箱中于95℃下干燥固化30分钟，通过接触角测量仪对处理后的铝基进行滴水实验，测量静态水滴在铝基表面的接触角度，结果为铝基表面水滴接触角为145°，显示疏水性。
实施例4
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基经砂纸打磨，丙酮、蒸馏水超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的油污和氧化层；
化学刻蚀：将经过预处理的铝基放入刻蚀溶液中，配置盐酸溶液，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀15个小时，随后无水乙醇、蒸馏水超声清洗随后干燥箱干燥；然后置于配置好的氯化铜溶液中对表面刻蚀3分钟，接着无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且用干燥箱干燥。所述的盐酸溶液浓度为0.8mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
表面修饰：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.2mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴55℃条件下修饰铝基5个小时，随后在干燥箱中于100℃下干燥固化35分钟，通过接触角测量仪对处理后的铝基进行滴水实验，测量静态水滴在铝基表面的接触角度，结果为铝基表面水滴接触角为147°，显示疏水性。
实施例5
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基经砂纸打磨，丙酮、蒸馏水超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的油污和氧化层；
化学刻蚀：将经过预处理的铝基放入刻蚀溶液中，配置盐酸溶液，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀14个小时，随后无水乙醇、蒸馏水超声清洗随后干燥箱干燥；然后置于配置好的氯化铜溶液中对表面刻蚀5分钟，接着无水乙醇、蒸馏水超声清洗并且用干燥箱干燥。所述的盐酸溶液浓度为1.2mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L；
表面修饰：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.1mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴53℃条件下修饰铝基4个小时，随后在干燥箱中于100℃下干燥固化35分钟，通过接触角测量仪对处理后的铝基进行滴水实验，测量静态水滴在铝基表面的接触角度，结果为铝基表面水滴接触角为146°，显示疏水性。
尽管已经详细描述了本发明的实施方式，但是应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方式做出各种改变、替换和变更。

Claims (3)

1.一种疏水微纳结构铝表面的制备方法，包括以下步骤：
1)预处理工序：将铝基经砂纸打磨，依次用丙酮、蒸馏水超声清洗，干燥，去除表面油污和氧化层，然后备用；铝片纯度在99％以上；
2)化学刻蚀工序：将经过预处理的铝基放入盐酸刻蚀溶液中，在常温下刻蚀8-15小时，得到微米结构的表面，随后经无水乙醇、蒸馏水超声清洗，然后干燥；干燥后置于氯化铜溶液中对表面刻蚀3-5分钟，在微米结构基础上形成出纳米结构，即为微纳复合结构，接着依次用无水乙醇、蒸馏水超声清洗，然后干燥；
3)表面修饰：将步骤2)处理后的铝基放入硬脂酸无水乙醇溶液中，在50-60℃条件下修饰铝基3-5小时，随后在干燥箱中于90-100℃下干燥固化25-35分钟，得疏水微纳结构铝表面。
2.根据权利要求1所述疏水微纳结构铝表面的制备方法，其特征在于：步骤2)中所述盐酸浓度为0.8mol/L-1.2mol/L，所述氯化铜溶液浓度为0.8mol/L。
3.根据权利要求1所述疏水微纳结构铝表面的制备方法，其特征在于：所述硬脂酸无水乙醇溶液中硬脂酸的浓度为0.1mol/L-0.2mol/L。
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