CN107899921A - 一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法，该方法先是用砂纸对纯铝表面进行打磨，去除铝基表面的油污和氧化层；接着采用盐酸溶液对铝基表面进行刻蚀，在铝表面刻蚀出粗糙结构；最后用硬脂酸无水乙醇溶液处理，降低铝基表面能，得到超疏水铝表面。本发明的制备方法采用的试剂均为常见试剂，配置容易，而且仅需使用超声波清洗器、电子天平、干燥箱与水浴搅拌器等实验室常见设备，方法简单易行，大大降低了生产成本，制备出的铝基表面平均接触角>150°，表面粘附性弱，水滴易从表面滚落，具有良好的防结冰性能，取得了意料不到的技术效果。

Description

一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体为一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法。
背景技术
铝及铝合金因具有良好的延展性、导电性、较轻的重量等等，被用于生活生产的诸多方面。但是随着社会的发展，人们对于铝及其它材料表面的要求也日渐苛刻。例如：冬日里输电线路在冰雪天气之下，容易遭冰雪覆盖，而现阶段的处理方法较为耗时耗力；石油运输管道在时间长了之后会出现生锈的情况，会导致石油运输出现问题；高楼大厦的玻璃久经风吹日晒，需要清洗，而目前人工清洗较多，但是较为危险；等等。仿生学的不断发展，越来越多的自然现象被人们观察、研究，荷叶、稻叶等植物的自清洁现象也进入科研人员的视野，超疏水表面的研究也愈加广泛，其表面特性在很大程度上也优异于原先的表面，例如：其良好的自清洁性，可以有效的解决高楼大厦清洁玻璃的问题；优异的疏水性能，可以有效的解决汽车挡风玻璃上面的雨滴覆盖，亦能有效的延缓电线表面结冰的问题。
正常情况下，制备超疏水表面需要粗糙结构和低表面能两个要素。所以目前制备超疏水表面的方法基本都是从这两点出发。目前的方法：激光法、模板法、溶胶-凝胶法、阳极氧化法等等。而这些方法有的基体受限，有的耗资较多，有的工艺复杂。
发明内容
为了解决现有技术中制备超疏水铝表面存在的基体受限、成本投资较多、工艺繁杂等问题，本发明提供一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法。
一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法，包括以下步骤：
1)、采用5000～7000目的砂纸对铝基表面进行打磨处理0.5min-2min，然后将铝基分别先后置于无水乙醇和蒸馏水中进行超声清洗，清洗后置于干燥箱中干燥；经过打磨去除铝基表面的油污和氧化层；
2)、将干燥后的铝基放入盐酸溶液中，在常温下刻蚀40-60min，得到具有粗糙结构的铝基表面，随后先后置于无水乙醇与蒸馏水中超声清洗，然后干燥；经过盐酸刻蚀在铝表面刻蚀出粗糙结构；
3)、将步骤2)处理后的铝基放入浓度为0.1～0.5mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在50～55℃条件下修饰1～1.5小时，随后在干燥箱中110℃下干燥固化30分钟，得到具有防结冰性能超疏水铝表面。
优选的，所用铝片的纯度在99％以上。
进一步的，所述步骤1)中采用7000目的砂纸打磨1min。
进一步的，所述步骤2)和中盐酸溶液的浓度为2.3mol/L～2.9mol/L，
进一步的，所述步骤2)中盐酸溶液的浓度为2.9mol/L。
进一步的，所述步骤2)中硬脂酸无水乙醇中硬脂酸的浓度为0.5mol/L。
有益效果：本发明的制备方法采用的试剂均为常见试剂，配置容易，而且仅需使用超声波清洗器、电子天平、干燥箱与水浴搅拌器等实验室常见设备，方法简单易行，大大降低了生产成本，制备出的铝基表面平均接触角>150°，表面粘附性弱，水滴易从表面滚落，具有良好的防结冰性能，取得了意料不到的技术效果。
附图说明
图1是本发明实施例1中超疏水铝基表面的水滴形态；
图2是本发明实施例1中超疏水铝基表面微结构形貌图。
具体实施方式
实施例1
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基用7000目砂纸打磨1min，然后进行超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的氧化层；
制备表面微纳结构：将经过预处理的铝基放入2.9mol/L盐酸溶液中，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀45分钟，随后超声清洗并且用干燥箱干燥；
降低表面能：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.5mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴53℃条件下修饰铝基1个小时，随后在干燥箱中于110℃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，结果如图1所示为铝基表面水滴接触角为152°，达到超疏水表面。
实施例2
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基用7000目砂纸打磨0.5min，然后进行超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的氧化层；
制备表面微纳结构：将经过预处理的铝基放入2.9mol/L盐酸溶液中，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀40分钟，随后超声清洗并且用干燥箱干燥；
降低表面能：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.1mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴55℃条件下修饰铝基1.5个小时，随后在干燥箱中于110℃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，得到铝基表面水滴接触角为150°，达到超疏水表面。
实施例3
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基用5000目砂纸打磨1.5min，然后进行超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的氧化层；
制备表面微纳结构：将经过预处理的铝基放入2.3mol/L盐酸溶液中，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀60分钟，随后超声清洗并且用干燥箱干燥；
降低表面能：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.5mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴50℃条件下修饰铝基1个小时，随后在干燥箱中于110℃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，得到铝基表面水滴接触角为151°，达到超疏水表面。
实施例4
将尺寸大小为20*20*2mm的铝基用5000目砂纸打磨2min，然后进行超声清洗，并且用干燥箱干燥，去除表面的氧化层；
制备表面微纳结构：将经过预处理的铝基放入2.6mol/L盐酸溶液中，在常温下将铝基置于溶液中刻蚀50分钟，随后超声清洗并且用干燥箱干燥；
降低表面能：将刻蚀过后的铝基放入配置好的0.3mol/L的硬脂酸无水乙醇溶液中，在水浴53℃条件下修饰铝基1个小时，随后在干燥箱中于110℃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，得到铝基表面水滴接触角为151°，达到超疏水表面。
防结冰实验：将实施例1-4已经得到的超疏水铝基与光滑的铝基同时放置于温度为零下9℃的冰柜中，并且5个铝基表面都滴有15μL的水滴，观察结冰情况，在冰柜中放置33min左右，光滑的铝基表面已经结冰，实施例1-4中制备的超疏水铝基还是透明的水滴状态，直至放入冰柜87min左右，实施例2的超疏水铝基表面在呈现白色不透明的结冰状，实施例4在90min左右呈现白色不透明的结冰状，实施例3在92min左右呈现白色不透明的结冰状，实施例1在放入冰柜97min左右才呈现白色不透明的结冰状。
实验结果显示了超疏水铝基在低温下较之于为处理状态的铝基更能有效的延缓结冰，并且时间最长延长了64min左右，展示了良好的防结冰性能。
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 (5)

1.一种具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：
1)、采用5000～7000目的砂纸对铝基表面进行打磨处理0.5min～2min，然后将铝基分别先后置于无水乙醇和蒸馏水中进行超声清洗，清洗后置于干燥箱中干燥；
2)、将干燥后的铝基放入盐酸溶液中，在常温下刻蚀40～60min，得到具有粗糙结构的铝基表面，随后先后置于无水乙醇与蒸馏水中超声清洗，然后干燥；
3)、将步骤2)处理后的铝基放入浓度为0.1～0.5mol/L硬脂酸无水乙醇溶液中，在50～55℃条件下修饰1～1.5小时，随后在干燥箱中110℃下干燥固化30分钟，得到具有防结冰性能超疏水铝表面。
2.如权利要求1所述的具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法,其特征在于，所用铝片的纯度在99％以上。
3.如权利要求1所述的具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法,其特征在于，所述步骤1)中采用7000目的砂纸打磨1min。
4.如权利要求1所述的具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法,其特征在于，所述步骤2)和中盐酸溶液的浓度为2.3mol/L～2.9mol/L。
5.如权利要求1所述的具有防结冰性能的超疏水铝表面的制备方法,其特征在于，所述步骤2)中硬脂酸无水乙醇中硬脂酸的浓度为0.5mol/L。
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