[發明專利]一種在金屬基體表面制備超疏水膜的簡便方法

無效

• 申請號: 201010268183.7
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN101935859A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 王鵬;張盾
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C25D11/00
• 分類號: C25D11/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及超疏水表面的制備技術，具體是一種在金屬基體表面制備超疏水膜的簡便方法。

背景技術

潤濕性能是固體表面的一個重要特征，一般認為，水在固體表面的接觸角＞150°，該表面呈超疏水狀態。實踐證明，超疏水表面不僅具有自清潔功能，而且還具有防電流傳導、防腐蝕、防水、防霧、防污染等功能。因此，其在液體輸送、微量分析等領域具有廣泛的應用前景。

研究發現，微/納米尺度的粗糙結構以及低表面自由能是構筑超疏水表面的兩個必要條件。基于該理論，研究者提出多種構筑超疏水表面的方法，如微機械加工法、等離子體刻蝕法、化學氣相沉積法、化學刻蝕法、電化學沉積法等。但是，這些方法的思路均是先在金屬表面構建粗糙結構，然后對表面進行低表面能物質修飾，進而可得到超疏水表面。這說明，采用上述方法制備超疏水表面至少需要兩步。為此，江雷提出一步法制備超疏水表面(Shutao?Wang，Lin?Feng，LeiJiang.Advanced?Materials.2006，18，767-770)，具體為，將銅等金屬浸入0.01M十四酸的乙醇溶液中3～5天后，銅表面會形成脂肪酸鹽超疏水膜層。為縮短處理時間，郗金明(郗金明，孟海風，江雷.中國專利，申請號：200710177876.3.Jinming?Xi，Shutao?Wang，Lin?Feng，et?al.Appl.Phys.Lett.，2008，92：053102.)提出采用電化學沉積的方法，在0.5mol/L脂肪酸溶液中，在陰、陽極間(以銅為陽極，其他金屬為陰極)施加5V電壓，在作為陰極的金屬表面沉積一層脂肪酸鹽超疏水表面，該過程所需時間可縮減為3小時。該方法的原理是，銅首先發生陽極溶解反應，以Cu²⁺的形式進入溶液，并與脂肪酸根絡合，隨后，擴散到陰極附近的金屬絡合物會在作為陰極的金屬表面析出。但是這種方法中處理時間仍然很長，有必要開發更為快速的方法，以便于其在工業生產中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速、簡便的在金屬基體表面制備超疏水膜的簡便方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種在金屬基體表面制備超疏水膜的簡便方法：

1)基體清洗：將金屬基體依次用乙醇、去離子水清洗表面，氮氣吹干待用；

2)超疏水膜的制備：采用電化學方法，在濃度為10^-2～1mol/L脂肪酸CH₃(CH₂)_nCOOH(n＝10～16)的乙醇溶液中，對清洗后基體和作為陰極的鉑電極施加直流電壓，處理后陽極金屬基體表面出現脂肪酸-金屬絡合物膜層，吹干即得超疏水膜。

所述步驟2)中，施加的直流電壓為10～50V，時間為30min～2h。所述金屬基體為銅、鋅、鎂、鐵或銀。

本發明所具有的優點：采用電化學方法加快金屬的陽極溶解，此時陽極附近金屬離子(如Cu²⁺、Zn²⁺等)濃度相對較高，它們會迅速與溶液中的脂肪酸根絡合。當陽極附近所形成的脂肪酸-金屬絡合物濃度高于其在乙醇中的溶解度時，脂肪酸-金屬絡合物會在陽極表面析出，進而在陽極形成一層脂肪酸絡合物超疏水膜層，同時進一步縮短了成膜時間，本發明操作簡單易行，不需要昂貴的設備。所制備的超疏水表面可望應用于金屬防蝕、防水及自清潔等領域。

附圖說明

圖1為本發明實施例在銅基體制備超疏水表面的接觸角測量結果圖。

圖2為本發明實施例在黃銅基體制備超疏水表面的接觸角測量結果圖。

圖3為本發明實施例在鋅基體制備超疏水表面的接觸角測量結果圖。

具體實施方式

實施例1

1)基體清洗：將銅基體依次用乙醇、去離子水清洗表面，氮氣吹干待用；

2)超疏水膜的制備：采用電化學方法，在25℃?0.5mol/LCH₃(CH₂)₁₂COOH的乙醇溶液中，對清洗后銅基體和作為陰極的鉑電極間施加10V直流電壓，處理1h后銅表面出現藍色脂肪酸-銅絡合物膜層，經氮氣吹干，該膜層即呈超疏水狀態，表面接觸角為151.3±3°(參見圖1)。

實施例2

1)基體清洗：依次用乙醇、去離子水清洗黃銅(28wt.％Zn，72wt.％Cu)表面，氮氣吹干待用；