[發明專利]基于表面納米陣列結構的高疏水性材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200910054914.5
• 申請日: 2009-07-16
• 公開（公告）號: CN101603187A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 郭煒;申筱濛;吳潔晨;孫怡婧;張一木;李明
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C25D5/00
• 分類號: C25D5/00;C25D13/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種納米技術領域的材料及其制備方法，具體是一種基于表面納米陣列結構的高疏水性材料及其制備方法。?

背景技術

目前汽車骨架、建筑外壁等很多采用金屬制成，但是金屬存在的一個很大缺點是容易腐蝕、同時易沾染灰塵。據統計全世界現存的金屬設備大約每年腐蝕率為10％。而腐蝕很大程度上是因為金屬表面的水導致的。為了解決這一問題，一個很好的方法是制成疏水性金屬表面，即讓金屬表面不沾粘雨水，從而使得腐蝕不易發生。在自然界中，具有優異疏水性能的物體之一是荷葉。研究發現，荷葉具有十分優越的疏水性，其機理主要在于它的雙微觀結構，一方面是由細胞組成的乳瘤形成的表面微觀結構，即具有一定的粗糙度；另一方面是表面附著一層疏水性物質-蠟，本身具有不沾水性質。很多人嘗試模仿荷葉這一結構進行材料的疏水性改造。但是往往只能達到一部分的效果：目前市場上疏水物質大多僅利用材料本身的疏水性質，并沒有考慮結構因素。?

經過對現有技術的檢索發現，專利申請號200710192406.4中記載了一種EVA超疏水膜的制備方法，用EVA粉末、碳酸氫銨等物質反應并干燥得到一層白色涂層，該涂層具有疏水性能。在《含氟丙烯酸酯共聚物乳液的結構與性能》一文中，作者采用可反應乳化劑，合成穩定的甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的共聚物乳液，經過干燥烘干處理后得到乳膠膜，具有一定的疏水性。但是這些方法普遍存在著以下問題：(1)需要繁多有機物或無機物反應前驅體，工藝復雜、成本較高，難以產業化；(2)僅僅利用物質本身的疏水性，并沒有模仿荷葉的表面凹凸結構因素，必然疏水效果不會很高。因此，發明一種簡單低成本、且同時將結構因素、物質的疏水性因素綜合考慮制備疏水表面是非常有必要的。?

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于表面納米陣列結構的高?疏水性材料及其制備方法，在納米尺度針狀陣列的表面具有一層疏水層，結構特點和材料本身的疏水性能共同作用，產生了非常優異的疏水性能；基于電化學方法，通過添加特殊的結晶調整劑，控制電沉積過程等手段，使結晶按縱向優先成長，從而在材料表面形成納米針陣列結構，再利用電泳涂漆方法在納米針陣列表面沉積一層有機或無機疏水物質，從而達到整個材料的疏水性。方法簡單、成本低廉，同時對底材形狀，材質無特殊要求，實驗表明材料與水的接觸角比普通疏水材料高50％。?

本發明是通過以下技術方案實現的：?

本發明涉及基于表面納米陣列結構的高疏水性材料包括：納米針陣列和疏水薄膜，其中：疏水薄膜附著于納米針陣列的表面。?

所述的納米針陣列的高度為0.05～0.4μm，該納米針陣列包括若干垂直于金屬基材縱向生長排列緊密的納米針，所述的納米針為底部直徑0.05～0.2μm的圓錐狀結構。?

所述的疏水薄膜的厚度為5～50nm，該疏水薄膜為有機物或無機物制成，能完全覆蓋納米針陣列且同時保持針狀結構的形貌完整。?

本發明涉及上述基于表面納米陣列結構的高疏水性材料及其制備方法，包括以下步驟：?

第一步、選取金屬基材，將金屬基材依次進行表面除油處理和酸洗處理。?

所述的金屬基材是指銅、鋁或鐵制的板材；?

所述的表面除油處理是指將金屬基材表面粘附的油污有機物質去除的處理工序。?

所述的酸洗處理是指將金屬基材表面的氧化物層用酸液去除的工序。?

第二步、將金屬基材放入電鍍槽中作為陰極，將鎳金屬片或不溶極板作為為陽極，并用導線將陽極、陰極、電鍍電源和電鍍液串聯構成回路，然后設定電鍍電流密度及電鍍時間，進行電沉積。?

所述的電鍍液的組分及其濃度為氯化鎳或硫酸鎳0.1～2.5mol/L、絡合劑0.1～2mol/L、硼酸0.1～1.0mol/L以及結晶調整劑1～1000ppm；?

所述的電鍍液的溶液溫度為25～60℃，pH＝3.5～6.0；?

所述的絡合劑是指：脂肪酸類、磺酸鹽類或含胺基、羥基官能團的有機絡合劑。?

所述的結晶調整劑是指：由Cu、Ag、Pd、Au、Zn、Sn或Ca與Y、La、Ce或Eu稀土金屬離子構成的稀土金屬鹽。?

所述的電鍍電流密度為1A/min～10A/min；?

所述的電鍍時間為2min～20min。?