CN109023472A - 一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法 - Google Patents

一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超疏水表面的制备，具体的说是一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法。将清洗后的铝基体在电解液中进行阳极氧化处理，取出后浸泡在过量的含全氟硅烷的乙醇溶液中，再次取出后进行加热处理，待冷却后即可在铝基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。本发明操作简单易行，不需要昂贵的设备，处理效率高，所用试剂无环境危害。所制备的超疏水表面可望应用于金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域。

Description

一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水表面的制备，具体的说是一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法。
背景技术
金属铝因较好的导热性广泛应用于冷凝传热等领域。对冷凝传热而言，如何促进冷凝液滴从表面脱离是提高传热效率的关键。一般认为，液滴可以在重力等外力作用下从超疏水表面滚落，进而促进冷凝传热过程，因此在金属铝表面制备超疏水表面成为工业中强化冷凝传热的一种有效方法。然而在传统意义上的超疏水表面，液滴从表面的脱离行为需要在外力作用(如重力)才能实现，其应用受到一定的限制。最近研究证实，在部分超疏水表面，冷凝所致的液滴在合并过程中，可以不需依赖任何外力作用，进而从表面脱离。液滴从超疏水表面的脱离行为特性被称为液滴自弹跳特性，是液滴从超疏水表面脱离的一种新途径，在金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域具有一定的应用前景。然而，并不是所有的超疏水表面都具有液滴自弹跳特性，在某些超疏水表面，冷凝的液滴会嵌入到超疏水表面微观结构中，难以从表面脱离。因此，如何赋予金属铝冷凝液滴自弹跳特性成为研究的重点。
目前，在铝表面制备超疏水表面的报道很多(如CN107899921A、CN107761085A)。然而，关于直接在铝基体上制备具有自弹跳特性的超疏水表面鲜有报道。基于此，本发明提供一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，将清洗后的铝基体在电解液中进行阳极氧化处理，取出后浸泡在过量的含全氟硅烷的乙醇溶液中，再次取出后进行加热处理，待冷却后即可在铝基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。
所述铝基体清洗是指依次用乙醇、去离子水清洗铝基体表面，氮气吹干待用。
所述将清洗后的铝基体在25-30℃的电解液中作为阳极、铂片作为阴极，在80-90V直流电压下阳极氧化处理2-4分钟；其中，电解液为0.3-0.5M草酸溶液。
所述阳极氧化处理后铝基体浸泡于过量的含1-3vol.％全氟硅烷的乙醇溶液中5-8分钟。
所述浸泡后铝基材取出后在120-150℃开放环境中加热处理10-15分钟，待冷却后即可在铝基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。
所述全氟硅烷为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、三乙氧基-1H,1H,2H,2H-全氟癸基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷。
相对于现有技术，本发明所具有的优点：
(1)本发明在铝基体上制备具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面，其操作简单易行，不需要昂贵的设备，处理效率高，所用试剂无环境危害。所制备的超疏水表面可望应用于金属防腐蚀、防霜抗冰、强化冷凝传热及自清洁等领域。
(2)本发明公开一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法。本发明以铝基体为阳极、铂片为阴极，以草酸溶液为电解液，在80-90V直流电压下阳极氧化处理2-4分钟，再经全氟硅烷修饰后铝基体表面具有冷凝液滴自弹跳特性；阳极氧化处理时间不在2-4分钟范围内的铝基体经修饰后表面不具有冷凝液滴自弹跳特性。
附图说明
图1为本发明实施例1中在铝基体上制备的超疏水表面的水滴接触角照片图。
图2为本发明实施例1中在铝基体上制备的超疏水表面的冷凝液滴合并弹跳过程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
(1)依次用乙醇、去离子水清洗铝基体表面，氮气吹干待用。
(2)在上述清洗过的铝基体和铂片间施加80V的直流电压(其中，清洗后的铝基体作为阳极，铂片作为阴极)，阳极氧化处理2分钟后取出；其中电解液为25℃的0.3M草酸溶液。
(3)将阳极氧化处理后的铝基体浸入含有1vol.％1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡5分钟，取出后在120℃开放环境中加热处理10分钟。
处理后，所得铝基体表面的水滴接触角照片示于图1，铝基体表面呈现超疏水特性，接触角为171°。合并的冷凝液滴会从超疏水表面消失，证明会发生自弹跳行为，结果示于图2。
实施例2
(1)依次用乙醇、去离子水清洗铝基体表面，氮气吹干待用。
(2)在上述清洗过的铝基体和铂片间施加80V的直流电压(其中，清洗后的铝基体作为阳极，铂片作为阴极)，阳极氧化处理6分钟后取出；其中电解液为25℃的0.3M草酸溶液。
(3)将阳极氧化处理后的铝基体浸入含有1vol.％1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中浸泡5分钟，取出后在120℃开放环境中加热处理10分钟。
处理后，所得铝基体表面呈现超疏水特性。合并的冷凝液滴不会从超疏水表面消失仍然滞留在超疏水表面，证明不会发生自弹跳行为。
所述1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷还可由三乙氧基-1H,1H,2H,2H-全氟癸基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷进行替换同样可在基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。

Claims (6)

1.一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：将清洗后的铝基体在电解液中进行阳极氧化处理，取出后浸泡在过量的含全氟硅烷的乙醇溶液中，再次取出后进行加热处理，待冷却后即可在铝基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。
2.按权利要求1所述的一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：所述铝基体清洗是指依次用乙醇、去离子水清洗铝基体表面，氮气吹干待用。
3.按权利要求1或2所述的一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：所述将清洗后的铝基体在25-30℃的电解液中作为阳极、铂片作为阴极，在80-90V直流电压下阳极氧化处理2-4分钟；其中，电解液为0.3-0.5M草酸溶液。
4.按权利要求1所述的一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：所述阳极氧化处理后铝基体浸泡于过量的含1-3vol.％全氟硅烷的乙醇溶液中5-8分钟。
5.按权利要求1或4所述的一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：所述浸泡后铝基材取出后在120-150℃开放环境中加热处理10-15分钟，待冷却后即可在铝基体上获得具有冷凝液滴自弹跳特性的超疏水表面。
6.按权利要求1所述的一种具有冷凝液滴自弹跳特性的铝基超疏水表面制备方法，其特征在于：所述全氟硅烷为1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷、三乙氧基-1H,1H,2H,2H-全氟癸基硅烷、全氟辛基乙基三乙氧基硅烷或1H,1H,2H,2H-全氟十七烷三甲基氧硅烷。
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