[發明專利]一種金屬鋁超疏水表面的制備方法

有效

• 申請號: 200910111202.2
• 申請日: 2009-03-10
• 公開（公告）號: CN101532159A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 張芹;朱元榮
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: C25D11/24
• 分類號: C25D11/24;B05D5/08
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及金屬表面處理，特別是涉及一種金屬鋁或鋁合金超疏水表面的制備方法。

背景技術

近年來，金屬基底上超疏水表面有著廣泛的應用前景而備受人們的關注。超疏水表面用于金屬材料上，可以起到防污、防銹以及降低摩擦系數(以水為潤滑劑)的效果；超疏水表面用于船舶艇的外殼或管道的內壁，可以降低與水流之間的摩擦阻力，提高行駛速度，減小噪音；超疏水表面用于微量注射器針尖上，可以完全消除昂貴藥品在針尖上的粘附及由此帶來的損失及污染。

超疏水表面一般是指與水滴的接觸角大于150°的表面。通常認為微米與納米相結合的復合粗糙結構是引起表面這些特殊浸潤性的根本原因，并且由此而產生超疏水表面具有較大的接觸角。

目前，制備粗糙結構表面方法很多，但就金屬鋁而言，通常由電化學方法或化學法制備粗糙結構表面。

(1)電化學方法一般是通過陽極氧化制備粗糙結構氧化鋁，然后低表面能分子修飾制備超疏水表面。此方法的優勢是易于產生納米結構，但缺點是制備粗糙結構往往需要大電流密度下氧化較長時間。如Shibuichi?S(Shibuichi?S.Journal?of?Colloid?and?interface?science，1998，208：287)報道在10mA/cm²電流下氧化3小時制備得到氧化鋁粗糙表面結構。而Thieme，M.等(Thieme，M.et?al.Adv.Eng.Mat.2001，3(9)：691)給出的反應條件為：電流密度為28～42mA/cm²氧化18min。如若在生產上處理較大面積工件時往往需要使用昂貴的特殊儀器來產生大的電流密度。

(2)化學法通常用酸或堿腐蝕鋁制備粗糙結構氧化鋁，然后低表面能分子修飾制備超疏水表面。化學腐蝕法的優點是不需要儀器設備，方法簡單。但由于腐蝕與晶形相關，因此其缺點是受晶格限制，即對材料的限制較嚴(參見文獻：Jerry?Y.Y.Langmuir?2006，22：6905中報道的晶形結構對超疏水表面形成的影響，且與晶格中雜質位點相關)。由于金屬的單晶非常昂貴，通常使用的金屬鋁材為多晶，且批次之間晶體結構差異較大，因此化學腐蝕的質量無法控制。如Qian?B.(Qian?B.Langmuir，2005，21：9007)用混合酸腐蝕十幾秒，而郭志光(郭志光.Journal?ofAmerica?Chemstriy?Society，2005，127：15670)以及公開號為1966769A的中國專利申請則用NaOH腐蝕2個小時制備金屬鋁超疏水表面。Meng?H.等(Meng?H.etal.Journal?of?physical?Chemistry?C，2008，112(30)：11454)報道了直接將酸腐蝕與低表面能分子修飾一步完成的方法，全氟羧酸在有氧氣的參與下腐蝕鋁后生成全氟羧酸鹽使其表面具有超疏水的性質，但反應需時很長，需18天。

(3)段雪等提出了先電化學腐蝕再化學反應及修飾的方法(Angew.Chem.Int.Ed.2008，47：2466；Adv.Mater.2006，18：3089；公開號為CN101054194A的中國專利申請)，鋁先以大電流(1～5A)氧化半小時以上得到氧化鋁，再與配制無機鹽反應液在高溫50～150℃下反應幾十小時生成層狀雙羥基復合金屬氧化物薄膜，然后再用長鏈脂肪酸鹽表面活性劑溶液修飾，得到鋁基底上超疏水層狀雙羥基復合金屬氧化物薄膜。此方法較繁瑣，所需氧化電流大，與無機鹽溶液反應時間長，并且需要加熱。

綜上所述，化學腐蝕方法簡單、快速，但缺點是受晶格限制，質量難以控制。電化學腐蝕易形成均勻的納米結構，但需使用昂貴的大功率電源設備和較長加工時間，不利于大規模生產。化學腐蝕能快速獲得微米級粗糙結構，而電化學腐蝕則優于均勻納米結構的制備。

發明內容

本發明的目的在于結合化學腐蝕與電化學腐蝕的優勢，提供一種金屬鋁超疏水表面的制備方法。

本發明的技術方案是在金屬鋁表面構筑二元微米/納米粗糙結構，即先通過化學腐蝕形成微米結構，再通過電化學腐蝕形成納米結構，此結構表面具有超親水性質，繼以修飾低表面能物質后可獲得超疏水表面。

本發明包括以下步驟：

1)鋁片清洗：將鋁片清洗后晾干，得清洗晾干后的鋁片，備用；

2)化學腐蝕：將清洗晾干后的鋁片去除表面的氧化層，然后將其浸泡在HCl溶液中腐蝕，或在NaOH溶液中浸泡；