[發(fā)明專利]一種金屬鈦或鈦合金超疏油表面的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910117460.1
• 申請日: 2009-09-11
• 公開（公告）號: CN102021628A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 周峰;王道愛;劉盈;劉維民
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C25D11/26
• 分類號: C25D11/26;B05D5/08
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

技術領域

本發(fā)明涉及一種金屬鈦或鈦合金超疏油表面的制備方法。

背景技術

潤濕性是固體表面的一個重要性質，直接決定著材料的性能和應用范圍。潤濕性主要由組成固體表面的化學成分和微觀結構決定。近年來，作為一種終極的潤濕性形態(tài)，超疏水性得到深入的研究，許多仿生性超疏水材料已經(jīng)被成功的制備出來，并在自清潔、抗腐蝕、防霧等領域得到了初步應用。同時，疏油性材料，特別是超疏油性材料也倍受關注，如何制備超疏油表面也日漸成為人們研究的熱點。與超疏水材料相比，超疏油材料無論在工業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活都將有更重要的作用，這是因為油性液體更容易帶來污染，而且油性污染也更難去除；同樣，石油管道中原油的運輸過程中如果采用超疏油材料也將會大大降低石油管道壁的阻力，提高運輸效率。然而，超疏油表面對材料微結構的要求更高，所需的修飾劑表面能也應更低，普通超疏水表面并不能夠實現(xiàn)超疏油。因此，近年來只是偶見關于特殊材料超疏油在實驗室內實現(xiàn)的報導，還沒有相關工程應用類材料實現(xiàn)超疏油。但在微納米復合結構表面修飾低表面能物質依然是制備超疏油材料的重要手段之一。此類文獻報道有：Jiang等以全氟硅氧烷修飾碳納米管陣列，得到了超雙疏表面(Lei?jiang?et?al，Super-Amphiphobic?Aligned?Carbon?Nanotube?Films，Angew.Chem.Int.Ed.2001，40，1743-1746)；Gribaldi等人采用電化學沉積聚噻吩的方法通過控制沉積物的形貌和化學組成得到了穩(wěn)定的超疏水超疏油聚噻吩薄膜(Serge?Gribaldi?et?al，Synthesis?of?Stable?Super?Water-and?Oil-Repellent?Polythiophene?Films，Angew.Chem.Int.Ed.2006，45，2251-2254)；Steele等人利用噴涂ZnO和聚合物的方法構建粗糙結構實現(xiàn)了對某些油類液體的超疏(Adam?Steele?et?al，Inherently?Superoleophobic?Nanocomposite?Coatings?by?Spray?Atomization，Nano?Letters，2009，9，501-505)；申請?zhí)枮?00710303779.4公開了一種仿生結構的水下超疏油聚合物膜及其制備方法，其法以魚鱗作為天然模板，通過聚二甲基硅氧烷進行一次賦形，得到具有魚鱗負結構的模板，再用聚合物的單體溶液原位聚合進行二次賦形，得到具有魚鱗結構的水下超疏油聚合物膜。從此類文獻和專利可以看出，目前所得到的超疏油材料一般制備工藝復雜，使用材料特殊，適用范圍窄，而且對油性液體超疏的范圍較窄，滾動角較大或未能給出滾動角，這大大阻礙了超疏油表面在日常生產(chǎn)生活中的應用。

鈦及其合金作為十分重要的工程類材料被譽為“未來的金屬”，廣泛應用于航空航海、生物醫(yī)學、化學化工等領域，是具有很大發(fā)展前景的重要新型工程材料。在航空航天方面，有些飛機的用鈦量甚至要占其結構總重量的90％以上；同時鈦及其合金因其優(yōu)異的抗腐蝕性又被廣范應用于航海制造業(yè)。然而這些鈦材在使用過程中不可避免的會遇到污染或腐蝕，特別是油性液體或油水混合物的污染和腐蝕，造成不必要的損失。通過構筑超雙疏表面可以避免或大大減輕以上問題。然而，在工程材料鈦及其合金表面構筑超疏油表面十分困難，至今尚無相關專利或文獻報導。因此，在鈦或鈦合金表面開發(fā)一種能夠超疏水，特別是能夠超疏油的方法就顯得尤為重要。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種在金屬鈦或鈦合金表面制備超疏油表面的方法，該表面不僅具有超疏油特性，而且同時具有超疏水、超疏酸、超疏堿的超雙疏性質。

本發(fā)明的鈦基超疏油表面是由在鈦基表面陽極氧化形成的微納米復合結構和低表面能的化學修飾劑組成的。

本發(fā)明將金屬鈦或鈦合金進行一次陽極氧化處理得到微米結構粗糙化的表面，然后再通過第二次陽極氧化在微米結構表面形成一層二氧化鈦納米管陣列膜，從而得到微納米復合結構化的精細結構，然后經(jīng)過低表面能物質的修飾作用得到超疏油和超雙疏表面。

一種金屬鈦或鈦合金超疏油表面的制備方法，其特征在于該方法步驟如下：

A以清洗后的金屬鈦或鈦合金為陽極，以石墨片為陰極，在電解液中進行第一次陽極氧化，氧化電流為0.1-1A/cm²，氧化時間為0.5-2h，反應結束后超聲清洗除去氧化物和浮液，得到微米結構粗糙化的鈦基表面；所述電解液的溶質選自Na₂SO₄或NaOH，溶劑選自蒸餾水或乙二醇；